Como é feito o ultra-som?
É impossível para nós fazer o ultra-som da mesma forma que fazemos sons normais – batendo e soprando coisas, como fazemos, por exemplo, instrumentos musicais. Isso é porque não podemos bater e soprar as coisas com rapidez suficiente. Mas podemos fazer ultra-sons usando equipamento elétrico que vibra com uma freqüência extremamente alta. Cristais de alguns materiais (como o quartzo) vibram muito rápido quando se passa electricidade através deles – um efeito chamado piezoelectricidade. Vibram, empurram e puxam o ar à sua volta, produzindo ondas de ultra-som. Os dispositivos que produzem ondas de ultra-som usando piezoeletricidade são conhecidos como transdutores aspiezoelétricos. Os cristais piezoelétricos também funcionam de forma inversa: se as ondas de ultra-som que viajam através do ar colidem com um cristal piezoelétrico, elas apertam sua superfície de forma muito leve, causando um breve estouro de eletricidade para fluir através dele. Assim, se você ligar um cristal piezoelétrico a um medidor elétrico, você obtém um detector de ultra-som instantâneo.
Artwork: Como o ultra-som é feito para limpar as coisas. 1) Uma alimentação elétrica alternada de alta freqüência envia energia para três transdutores piezoelétricos (2). Estes agitam em frequências ultra-sônicas, enviando suas vibrações para uma fina placa de vidro de quartzo (3), que transmite ondas (4) para uma bacia cheia de fluido (5) na qual você coloca os objetos a serem limpos.
Ondas ultra-sônicas podem ser produzidas usando magnetismo em vez de ofeletricidade. Assim como os cristais piezoelétricos produzem ondas de ultra-som em resposta à eletricidade, assim também existem outros cristais que fazem o ultra-som em resposta ao magnetismo. Estes são chamados de magnetostrictivecristais e os transdutores que os utilizam são chamados de magnetostrictivetransdutores. (O efeito magnético é conhecido como magnetostricção.)
Para que é usado o ultra-som?
Usar o ultra-som para fins práticos é por vezes chamado ultra-som – e é usado para tudo, desde a soldadura e perfuração industrial até à produção de leite homogeneizado e filme fotográfico.
Sondagem médica por ultra-som
Foto: Esta mulher grávida está a ver uma ecografia do bebé a desenvolver-se no útero. Observe o scanner de ultra-som (em baixo à direita) sendo lentamente movido através do abdômen e o monitor (em cima) mostrando a foto de seu filho. Foto de Rafael Martie cortesia da Marinha dos EUA.
Provavelmente o exemplo mais conhecido de ultra-som é o teste médico, para evitar ter que abrir seu corpo para detectar uma doença, os médicos podem passar um scanner de ultra-som sobre sua pele para ver o interior. A sonda Thescanner muitas vezes se parece um pouco com um mouse de computador. Ela tem um transdutor embutido que emite ondas de ultra-som inofensivas para o seu corpo. À medida que a ondulação atravessa os diferentes ossos e tecidos, eles refletem de volta para cima. O mesmo transdutor (ou um separado ao lado) recebe as ondas refletidas e um computador conectado ao scanner as usa para traçar uma imagem detalhada do que está acontecendo dentro de você em uma tela: Um closeup de uma pequena sonda de ultra-som. Foto de Rafael Martie cortesia da Marinha dos EUA.
Testes não destrutivos
Equipamento similar é usado para testar falhas em máquinas como motores asair de aviões a jacto. Se houver uma fenda dentro de um metal, inspecioná-lo por dentro não vai revelar o problema. Mas se você passar um scanner de ultra-som pelo lado de fora do metal, a fenda no interior do metal perturbará e refletirá de volta algumas das ondas de ultra-som – então o defeito aparecerá no seu monitor de teste. Inspecionar materiais dessa maneira é às vezes conhecido como teste não destrutivo, porque você não tem que danificar ou desmontar as coisas para verificá-las.
Photo: Examinando um motor de avião usando testesultrasônicos, não-destrutivos. A inspetora está movendo uma sonda anultrasônica sobre um componente de avião com a mão direita. Ela está ajustando o raio de ultra-som com a mão esquerda ao mesmo tempo. Foto de Michelle Michaud cortesia da Força Aérea Americana.
Som de alta potência
Ondas de ultra-som de baixa resistência são usadas para exames médicos e testes não-destrutivos. Ondas de ultra-som muito mais fortes têm usos verídicos. Se você tem uma pedra nos rins dolorosa, disparar ondas de ultra-som poderosas de fora do seu corpo pode fazer a pedra vibrar e quebrar em pedaços. Ondas de ultra-som fortes também são às vezes usadas para destruir tumores cancerígenos e lesões cerebrais (regiões danificadas do cérebro). De forma asimilar, ondas de ultra-som podem ser usadas para limpar jóias, relógios, dentes falsos e uma grande variedade de peças de máquinas que podem ser difíceis de limpar (ou inacessíveis) de outras formas.
Sonar
Um outro uso popular para ultra-som é em navios, tanto para navegação como para localizar objetos debaixo d’água. O som viaja mais rápido através da água do que através do ar, o que é muito útil, pois a luz quase não viaja através da água. A maioria das pessoas sabe que as baleias podem usar som de baixa frequência para se comunicarem através de oceanos inteiros. Os submarinos usam um truque semelhante com um tipo de navegação chamado sonar (navegação sonora e de alcance), que é um pouco como um equivalente de radar debaixo de água.
Foto: É preciso habilidade e concentração para monitorar uma tela de varredura de sonar. Este sistema está a bordo do navio USS Gladiator e está a ser utilizado para detectar minas. Foto de Peter D. Lawlor cortesia da US Navy.
Como funciona? Quando um submarino se encontra no fundo da superfície, ele pode encontrar o seu caminho enviando bips de som e ouvindo os teechoes – como um morcego usando a ecolocalização. Ao cronometrar quanto tempo leva para os ecos voltarem, o navegador de um submarino pode descobrir se há outros navios, submarinos ou outros obstáculos nas proximidades. O sonar também é usado pelos navios para calcular a profundidade do mar (ou desenhar um mapa do fundo do mar), disparando os feixes de som para baixo. Esta técnica é conhecida como ecosounding.
Side-scan sonar
Photo: Um sonar de varredura lateral típico. Este usa ultra-som a uma frequência de 600 kHz, que está bem acima do limite da audição humana. Aqui, ele está sendo enganchado ao equipamento a bordo de um navio de pesquisa científica antes de ser rebaixado para a água para ser arrastado ao lado. Foto de John F. Williams cortesia da US Navy.
Sistemas de sonar diferentes utilizam uma gama muito ampla de frequências sonoras, desde o infra-som muito baixo (que pode causar problemas para as baleias e outras criaturas marinhas), até ao som audível (o clássico ruído “ping” que se ouve nos submarinos em tempo de guerra nos filmes), até ao ultra-som muito alto (sistemas de localização de infish usados por, entre outros, arrastões industriais). Os ultra-sons de alta frequência são utilizados em sonar de varrimento lateral, no qual uma pequena unidade de varrimento, semelhante a um torpedo, chamada towfish, é arrastada atrás de um navio e envia feixes largos de sonar para ambos os lados. Os feixes deixam o towfish em ângulos e refletem de volta, produzindo um perfil de uma ampla área do mar (e do fundo do mar) abaixo.Sonar de varredura lateral é usado na arqueologia marinha (para localizar os naufrágios no fundo do mar), pesquisa oceânica, e pesca de velhice simples. Peixes diferentes refletem o som em uma extensão diferente e, com habilidade e experiência, é possível descobrir a partir do feixe de sonar não só quais peixes estão presentes, mas quantos existem em uma determinada área. Geralmente, quanto maior a frequência sonora usada, mais detalhes aparecem, mas menor o alcance sobre o qual é eficaz; frequências mais altas são melhores para trabalho detalhado em pequenas áreas de águas relativamente rasas, enquanto que frequências mais baixas são necessárias para detecção de águas mais profundas ou de longo alcance.
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