Η διαφορά μεταξύ συχνότητας υπερήχων και ισχύος
Εισαγωγή στη συχνότητα υπερήχων:
Η συχνότητα του υπερήχου είναι ο αριθμός των φορών που ολοκληρώνεται μια περιοδική αλλαγή ανά μονάδα χρόνου και είναι μια ποσότητα που περιγράφει τη συχνότητα της περιοδικής κίνησης. Συνήθως αντιπροσωπεύεται από το σύμβολο f, με μονάδα ενός δευτερολέπτου και σύμβολο s-1. Σε ανάμνηση της συνεισφοράς του Γερμανού φυσικού Hertz, οι άνθρωποι ονόμασαν τη μονάδα συχνότητας Hertz, συντομογραφία ως "Hertz", με το σύμβολο Hz. Κάθε αντικείμενο έχει μια συχνότητα ανεξάρτητη από το πλάτος που καθορίζεται από τις δικές του ιδιότητες, η οποία ονομάζεται φυσική συχνότητα. Η έννοια της συχνότητας δεν εφαρμόζεται μόνο στη μηχανική και την ακουστική, αλλά επίσης χρησιμοποιείται ευρέως στην ηλεκτρομαγνητική, την οπτική και την ραδιοτεχνολογία.
Ο χρόνος που απαιτείται για ένα σωματίδιο στο μέσο για να ταλαντωθεί εμπρός και πίσω σε θέση ισορροπίας μία φορά ονομάζεται περίοδος, εκφραζόμενη σε T και μετρούμενη σε δευτερόλεπτα (s). Ο αριθμός των φορών που ένα σωματίδιο ολοκληρώνει τη δόνηση του μέσα σε 1 δευτερόλεπτο ονομάζεται συχνότητα, που αντιπροσωπεύεται από f, σε κύκλους ανά δευτερόλεπτο, γνωστό και ως Hertz (Hz). Η περίοδος και η συχνότητα έχουν αμοιβαία σχέση μεταξύ τους, εκφραζόμενη ως εξής: f=1/T
Το μήκος κύματος του υπερήχου στο μέσο ( λ) Η σχέση μεταξύ της συχνότητας είναι: c= λ F
Στον τύπο, c είναι η ταχύτητα του ήχου, m/s. λ Είναι το μήκος κύματος, m; F είναι η συχνότητα, Hz.
Μπορεί να φανεί ότι για ένα συγκεκριμένο μέσο, η ταχύτητα διάδοσης του υπερήχου σε αυτό είναι σταθερή. Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα των υπερήχων, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος. Αντίθετα, όσο χαμηλότερη είναι η συχνότητα των υπερήχων, τόσο μεγαλύτερο είναι το μήκος κύματος.
Εισαγωγή στην ισχύ υπερήχων:
Η ισχύς του υπερήχου αναφέρεται στην ποσότητα εργασίας που εκτελείται από ένα αντικείμενο ανά μονάδα χρόνου, δηλαδή, η ισχύς είναι ένα φυσικό μέγεθος που περιγράφει την ταχύτητα της εργασίας που εκτελείται. Η ποσότητα εργασίας είναι σταθερή και όσο μικρότερος είναι ο χρόνος, τόσο μεγαλύτερη είναι η τιμή ισχύος. Ο τύπος για τον υπολογισμό της ισχύος είναι: ισχύς=εργασία/χρόνος. Η ισχύς είναι ένα φυσικό μέγεθος που χαρακτηρίζει την ταχύτητα της εργασίας που εκτελείται. Η εργασία που γίνεται ανά μονάδα χρόνου ονομάζεται ισχύς, εκφρασμένη σε P.
Κατά τη διαδικασία μετάδοσης υπερήχων, όταν ο υπέρηχος μεταδίδεται σε ένα προηγουμένως ακίνητο μέσο, προκαλεί τα σωματίδια του μέσου να δονούνται εμπρός και πίσω κοντά στη θέση ισορροπίας, με αποτέλεσμα τη συμπίεση και τη διαστολή στο μέσο. Μπορούμε να πούμε ότι ο υπέρηχος επιτρέπει στο μέσο να αποκτήσει δονητική κινητική ενέργεια και δυναμική ενέργεια παραμόρφωσης. Η ηχητική ενέργεια που λαμβάνεται από το μέσο λόγω διαταραχής υπερήχων είναι το άθροισμα της κινητικής ενέργειας δόνησης και της δυναμικής ενέργειας παραμόρφωσης.
Καθώς ο υπέρηχος διαδίδεται σε ένα μέσο, διαδίδεται και η ενέργεια. Αν πάρουμε ένα στοιχείο μικρής έντασης (dV) στο ηχητικό πεδίο, έστω ότι η αρχική ένταση του μέσου είναι Vo, η πίεση είναι po και η πυκνότητα ρ {{0}} Η κινητική ενέργεια Δ Ek που προκύπτει από το στοιχείο όγκου (dV) λόγω δόνησης υπερήχων. △ Ek=( ρ 0 Vo) u2/2
△ Ek είναι η κινητική ενέργεια, J; U είναι η ταχύτητα των σωματιδίων, m/s; Το ρ 0 είναι η μεσαία πυκνότητα, kg/m3. Vo είναι ο αρχικός όγκος, m3.
Ένα σημαντικό χαρακτηριστικό του υπερήχου είναι η ισχύς του, η οποία είναι πολύ πιο ισχυρή από τα συνηθισμένα ηχητικά κύματα. Αυτός είναι ένας από τους σημαντικούς λόγους για τους οποίους ο υπέρηχος μπορεί να χρησιμοποιηθεί ευρέως σε πολλούς τομείς.
Όταν τα υπερηχητικά κύματα φτάσουν σε ένα ορισμένο μέσο, τα μόρια του μέσου δονούνται λόγω της δράσης των υπερηχητικών κυμάτων και η συχνότητα δόνησης τους είναι ίδια με τη συχνότητα των υπερηχητικών κυμάτων. Η συχνότητα της μοριακής δόνησης του μέσου καθορίζει την ταχύτητα δόνησης και όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο μεγαλύτερη είναι η ταχύτητα. Η ενέργεια που λαμβάνεται από τα μόρια του μέσου λόγω δόνησης δεν σχετίζεται μόνο με τη μάζα των μορίων του μέσου, αλλά και ευθέως ανάλογη με το τετράγωνο της ταχύτητας δόνησης των μορίων του μέσου. Άρα, όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα των υπερήχων, τόσο μεγαλύτερη είναι η ενέργεια που λαμβάνεται από τα μόρια του μέσου. Η συχνότητα των υπερήχων είναι πολύ μεγαλύτερη από αυτή των συνηθισμένων ηχητικών κυμάτων, επομένως ο υπέρηχος μπορεί να δώσει στα μεσαία μόρια πολλή ενέργεια, ενώ τα συνηθισμένα ηχητικά κύματα έχουν μικρή επίδραση στα μεσαία μόρια. Με άλλα λόγια, ο υπέρηχος έχει πολύ μεγαλύτερη ενέργεια από τα ηχητικά κύματα και μπορεί να παρέχει επαρκή ενέργεια στα μόρια του μέσου.
Η διαφορά μεταξύ της συχνότητας και της ισχύος του υπερήχου:
Η συχνότητα και η ισχύς του υπερήχου είναι δύο βασικές παράμετροι για τη μέτρηση της απόδοσής του. Από μακροσκοπική άποψη, η ισχύς καθορίζει την ένταση και τη διαπερατότητα του υπερήχου, ενώ η συχνότητα καθορίζει το βάθος και την ανάλυση της διείσδυσης των υπερήχων.
Όσο μεγαλύτερη είναι η συχνότητα, τόσο μικρότερο είναι το μήκος κύματος, τόσο ισχυρότερη είναι η διείσδυση, αλλά τόσο μεγαλύτερη είναι η ισχύς, η οποία μπορεί να παράγει ισχυρότερη ηχητική ενέργεια. Σε εφαρμογές, ο υπέρηχος που χρησιμοποιείται στον ιατρικό τομέα είναι κυρίως χαμηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας, ο οποίος μπορεί να χρησιμοποιηθεί για εξέταση και θεραπεία υπερήχων. Τα υπερηχητικά κύματα που χρησιμοποιούνται στον βιομηχανικό τομέα είναι κυρίως υψηλής ισχύος και υψηλής συχνότητας, τα οποία μπορούν να χρησιμοποιηθούν για επεξεργασία, καθαρισμό, μέτρηση κ.λπ. Η συχνότητα και η ισχύς των υπερήχων είναι δύο βασικοί δείκτες απόδοσης υπερήχων. Η επιλογή των κατάλληλων παραμέτρων υπερήχων μπορεί να καλύψει καλύτερα τις απαιτήσεις εφαρμογής.
