Sóng siêu âm là gì? Nguyên lý hoạt động và các ứng dụng của sóng siêu âm trong thực tế

Sóng siêu âm là một khái niệm thường xuyên được nhắc đến trong học tập cũng như trong đời sống hàng ngày. Tuy nhiên, đa số mọi người chỉ nghe qua chứ chưa thật sự hiểu về sóng siêu âm, nguyên lý hoạt động của sóng siêu âm cũng như các ứng dụng của sóng siêu âm trong cuộc sống. Vì vậy, chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu kỹ hơn về sóng siêu âm thông qua bài viết này nhé.

1. Sóng siêu âm là gì?

Sự chuyển động của sóng siêu âm

(Nguồn: https://cholab.com.vn/)

Sóng siêu âm có nguồn gốc từ các chữ Latinh là “ultra” (Nghĩa là vượt ra ngoài) và “sonic” (Nghĩa là âm thanh). Dùng để chỉ loại sóng âm có tần số rung động vượt ngưỡng  tai người có thể phát hiện được. Nó không khác với các loại âm thanh bình thường về tính chất, chỉ khác nhau ở chỗ con người không thể nghe thấy được sóng siêu âm.

Sóng siêu âm có tần số cụ thể hoặc số lần dao động trong một giây. Con người có thể nghe được âm thanh trong dải tần từ 20Hz đến 20KHz. Tuy nhiên, dải tần thường được sử dụng trong phát hiện siêu âm là 100KHz đến 50MHz. Vận tốc của sóng siêu âm tại một thời điểm và nhiệt độ cụ thể là không đổi.

2. Nguyên lý hoạt động của sóng siêu âm

Sóng siêu âm có thể lan truyền được trong nhiều môi trường tương tự như môi trường lan truyền của âm thanh là: không khí, rắn, lỏng. Tốc độ di chuyển của sóng siêu âm tương tự với tốc độ di chuyển của âm thanh nhưng do có tần số cao hơn nên bước sóng ngắn hơn bước sóng âm thanh.

Nhờ có bước sóng ngắn nên sóng siêu âm được ứng dụng nhiều trong cuộc sống cũng như trong công nghiệp. Chúng ta hãy cùng nhau tìm hiểu kỹ hơn về các ứng dụng của sóng siêu âm ở mục bên dưới nhé.

3. Ứng dụng của công nghệ sóng siêu âm

Sóng siêu âm được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau của cuộc sống, ở bài viết này chúng tôi xin nêu ra một vài ứng dụng tiêu biểu:

Ứng dụng của sóng siêu âm trong công nghiệp

Trong công nghiệp làm sạch

Cùng với việc phát triển của khoa học kỹ thuật, việc tiến hành tẩy rửa các đồ vật có chi tiết nhỏ, hoặc cần tẩy rửa với số lượng lớn ngày càng quan trọng. Nếu chỉ dùng sức người thì vừa tốn kém về thời gian và chi phí mà hiệu quả làm sạch lại không cao. Cho nên các loại máy làm sạch bằng sóng siêu âm ra đời giúp cho việc làm sạch trở nên hết sức dễ dàng. Với các loại máy làm sạch bằng sóng siêu âm, bạn chỉ cần nhúng vật cần làm sạch vào dung dịch rửa sau đó đưa sóng siêu âm vào dung dịch rửa. Chỉ trong một thời gian ngắn các đồ vật sẽ được làm sạch đến từng chi tiết nhỏ.

Sở dĩ sóng siêu âm làm được điều này là dựa trên hiện tượng “xâm thực của sóng siêu âm”. Thông thường, trong chất lỏng tồn tại một lượng lớn các bọt khí, dưới tác động của sóng siêu âm, bọt khí trong dung dịch rửa không chịu được mà sẽ bị vỡ ra. Quá trình vỡ bọt sẽ sinh ra những luồng sóng xung kích nhỏ rất mạnh, được gọi là “hiện tượng tạo chân không”. Do tần số của sóng siêu âm rất cao nên những bọt khí này liên tục được hình thành và mất đi. Sóng xung kích mà chúng sản sinh ra lan tới mọi ngóc ngách và làm sạch các chi tiết của đồ vật.

Bể rửa siêu âm công nghiệp có tác dụng làm sạch vượt trội

Trong công nghiệp hàn

Sóng siêu âm cũng được ứng dụng phổ biến trong công nghiệp hàn. Nhờ vào mạch rung của máy phát sóng siêu âm rung cùng với công suất khuếch đại đầu ra của tín hiệu tần số sóng siêu âm. Hiệu ứng được chuyển đổi từ điện áp ngược của đầu dò thành hiệu ứng rung động với tần số cơ học. Rồi từ khuôn hàn chuyển đến linh kiện nhựa cần hàn. Trải qua sự ma sát giữa các phân tử bên trong và trên bề mặt linh kiện, giúp cho nhiệt độ tại các mối hàn nhanh chóng tăng cao . Khi nhiệt độ tại các mối hàn đạt đến mức khiến cho các phôi hàn nóng chảy sẽ giúp các mối hàn kết dính lại với nhau. Từ đó nhanh chóng lấp đầy các chỗ hở tại mối hàn, và khi các chấn động ngừng lại thì mối hàn trên linh kiện cũng nguội đi, định hình thẩm mỹ cho các mối hàn.

Ứng dụng của sóng siêu âm trong hàng hải

Dựa trên nguyên lý truyền sóng âm và thu lại mà các nhà nghiên cứu đã tạo ra thiết bị dò cá bằng sóng siêu âm. Giúp xác định vị trí, hướng di chuyển và vận tốc của đàn cá. Các máy dò cá phát ra một chùm sóng siêu âm, thông thường tần số các máy dò cá nước ngọt khoảng 200 kHZ và máy dò cá biển là 50 kHZ. Các luồng sóng sóng siêu âm này truyền với tốc độ khoảng 1500 m/s, khi gặp chướng ngại vật nào đó thì một phần sóng âm ấy lập tức bị dội trở lại phía trên. Khi ấy luồng sóng ấy sẽ được tiếp nhận bằng dụng dụ thăm dò, ngư dân có thể biết được khu vực có nhiều cá và hướng di chuyển của đàn cá.

Máy dò cá giúp ngư dân đánh bắt hiệu quả hơn

(Nguồn ảnh: https://tincay.com/)

Ứng dụng của sóng siêu âm trong y học

Sóng siêu âm có bước sóng ngắn nên độ phân giải của ảnh chụp siêu âm giúp phân biệt được các vật thể kích thước rất nhỏ ở khoảng centimet hoặc milimet. Do đó, sóng siêu âm được ứng dụng trong y học để chuẩn đoán y khoa, hay còn gọi là siêu âm, rất hiệu hiệu quả trong việc ghi nhận hình ảnh của các mô mềm. Thông thường người ta dùng tần số 1 – 15 MHz để truyền chùm sóng siêu âm đi qua cơ thể. Siêu âm 2D được sử dụng để tiến hành kiểm tra sơ bộ, siêu âm 3D được dùng để khám thai, tuyến giáp, và siêu âm Doppler để kiểm tra mạch máu bệnh nhân.

Siêu âm thai nhi

(Nguồn ảnh: https://easterngroup.com.vn/)