این فایل با فرمت Word بوده و قابل ویرایش است و همچنین آماده پرینت می باشد

موضوع : مقاله انرژی صوت

انرژي صوت

يك موج صوتي از اين نظر شبيه پرتو X است كه هر دو امواج منتقل كننده انرژي هستند. يك اختلاف مهمتر اين است كه پرتوهاي X به سادگي از خلاء عبور مي‌كنند درحاليكه صوت نياز به محيطي براي انتقال دارد. سرعت صوت بستگي به طبيعت محيط دارد. يك روش مفيد براي نمايش ماده (محيط) استفاده از رديفهاي ذرات كروي است, كه نماينده اتمها يا ملكولها هستند كه  بوسيله  فنرهاي  ريزي از هم جدا شده اند (شكل A 1-20). وقتي كه اولين ذره جلو رانده مي‌شود, فنر اتصالي را حركت مي‌دهد و مي فشرد, به اين ترتيب نيرويي به ذره مجاور وارد مي آورد (شكل 1-20). اين ايجاد يك واكنش زنجيره اي مي‌كند ولي هر ذره كمي كمتر از همسايه خود حركت مي‌كند. كشش با فشاري كه به فنر وارد مي‌شود بين دو اولين ذره بيشترين است و  بين  هر  دو  تايي  به طرف   انتهاي خط كمتر مي‌شود. اگر نيروي راننده جهتش معكوس شود, ذرات نيز جهتشان معكوس مي‌گردد. اگر نيرو مانند يك سنجي كه به آن ضربه وارد شده است به جلو و عقب نوسان كند, ذرات نيز با نوسان به جلو و عقب پاسخ مي دهند. ذرات در شعاع صوتي به همين ترتيب عمل مي‌كنند, به اين معني كه, آنها به جلو و عقب نوسان مي‌كنند, ولي در طول يك مسافت كوتاه فقط چند ميكرون در مايع و حتي از آن كمتر در جامد. 

اگر چه هر ذره فقط چند ميكرون حركت مي‌كند, از شكل 1-20 مي توانيد ببينيد كه اثر حركت آنها از راه همسايگانشان در طول خيلي بيشتري منتقل مي‌شود. در همان زمان, يا تقريباً همان زماني كه اولين ذره مسافت a را مي پيمايد, اثر حركت به مسافت b منتقل مي‌شود. سرعت صوت با سرعتي كه نيرو از يك ملكول به ديگري منتقل مي‌شود تعيين مي‌گردد. 

امواج طولي

    ضربانات اولتراسوند در مايع به صورت امواج طولي منتقل مي‌شود. اصطلاح «امواج طولي» يعني اينكه حركت ذرات محيط به موازات جهت انتشار موج است. ملكولهاي مايع هدايت كننده به جلو و عقب حركت مي‌كنند و ايجاد نوارهاي انقباض و انبساط (شكل 2-20) مي‌كنند. جبهه موج در زمان 1 در شكل 2-20, وقتي طبل لرزنده ماده مجاور را مي فشارد آغاز مي‌شود. يك نوار انبساط, در زمان 2, وقتي كه طبل جهتش معكوس مي‌گردد, پيدا مي‌شود. هر تكرار اين حركت جلو و عقب را يك سيكل (Cycle) يا دوره تناوب گويند و هر سيكل ايجاد يك موج جديد مي‌كند. طول موج عبارت است از فاصله بين دو نوار انقباض, يا دو نوار انبساط, و بوسيلة علامت   نشان داده مي‌شود. وقتي كه موج صوتي ايجاد شد, حركت آن در جهت اوليه ادامه مي يابد تا اينكه منعكس شود, منكسر شود يا جذب گردد. حركت طبل لرزان كه برحسب زمان رسم شده است, يك منحني سينوسي را كه در طرف چپ شكل 2-20 نشان داده شده است تشكيل مي‌دهد. اولتراسوند, برحسب تعريف, فركانسي بيش از 20000 سيكل بر ثانيه دارد. صوت قابل شنيدن فركانسي بين 15 و 20000 سيكل بر ثانيه دارد (فركانس ميانگين صداي مرد در حدود 100 سيكل بر ثانيه و از آن زن در حدود 200 سيكل بر ثانيه مي‌باشد). شعاع صوتي كه در تصويرسازي تشخيصي بكار مي رود فركانسي از 000/000/1 تا 000/000/20 سيكل بر ثانيه دارد. يك سيكل بر ثانيه را يك هرتس (Hertz) گويند. يك ميليون سيكل بر ثانيه يك مگاهرتس (مختصر شده آن (MHz) است. اصطلاح هرتس به افتخار فيزيكدان مشهور آلماني Heinrich R.Hertz مي‌باشد كه در سال 1894 وفات يافت. 

سرعت صوت 

براي بافتهاي بدن در محدودة اولتراسوند پزشكي, سرعت انتقال صوت مستقل از فركانس مي‌باشد و عمدتاً بستگي به ساختمان فيزيكي ماده اي دارد كه از ميان آن صوت عبور مي‌كند. خواص مهم محيط منتقل كننده عبارتند از : (1) قابليت انقباض (compressibility) و (2) چگالي (Density). جدول 1-20, سرعت صوت را در بعضي از مواد شناخته شده, از جمله چندين نوع بافت بدني, نشان مي‌دهد. مواد به ترتيب افزايش سرعت انتقال مرتب شده اند, و مي توانيد ببينيد كه صوت در گازها از همه كندتر, در مايعات با سرعت متوسط, و از همه تندتر در اجسام جامد حركت مي‌كند. ملاحظه كنيد كه تمام بافتهاي بدن, جز استخوان, مانند مايعات رفتار مي‌كنند و بنابراين همگي صوت را تقريباً با يك سرعت منتقل مي‌كنند. يك سرعت 1540 متر بر ثانيه به عنوان ميانگين براي بافتهاي بدن بكار مي رود. 

قابليت انقباض: سرعت صوت با قابليت انقباض ماده منتقل كننده نسبت معكوس دارد, به اين معني كه هرچه ماده كمتر قابل انقباض باشد, صوت در آن تندتر منتقل مي‌شود. امواج صوتي در گازها آهسته حركت مي‌كنند زيرا ملكولها از هم دورند و به آساني قابل انقباضند. آنها به گونه اي رفتار مي‌كنند كه گويي بوسيلة فنر سستي بهم بسته اند. يك ذره بايد فاصله نسبتاً طويلي را بپيمايد پيش از اينكه بوسيله يك همسايه تحت تأثير قرار گيرد. مايعها و جامدها كمتر قابل انقباضند زيرا ملكولهايشان به يكديگر نزديكترند. آنها فقط نياز به طي مسافت كوتاهي دارند تا در همسايه اگر گذارند, بنابراين مايعها و جامدها صوت را تندتر از گاز منتشر مي‌كنند. 

چگالي: مواد متراكم متمايلند كه از ملكولهاي حجيم درست شده باشند و اين ملكولها اينرسي خيلي زيادي دارند. حركت دادن آنها  و  يا  ايستاندن آنها وقتي به حركت درآمدند مشكل است. چون انتشار صوت شامل حركت شروع و توقف ذره اي منظم مي‌باشد, انتظار نداريم كه يك ماده اي كه از ملكولهاي بزرگ (يعني داراي جرم زياد) تشكيل شده, مانند جيوه, صوت را با سرعت زياد, مانند ماده اي كه از ملكولهاي كوچكتر درست شده, مانند آب, منتقل كند. جيوه 9/13 برابر متراكمتر از آب است, بنابراين ما انتظار داريم كه آب صوت را خيلي سريعتر منتقل كند. با اينهمه, از جدول 1-20 مي تواني ببينيد كه آب و جيوه صوت را تقريباً با سرعت مشابه منتقل مي‌كنند. اين تناقض ظاهري با قابليت انقباض آب توجيه مي‌شود كه 4/13 برابر قابل انقباضتر از جيوه است. كاهش قابليت انتقال صوت در جيوه به سبب جرم زيادتر آن تقريباً بطور كامل در اثر دست آورد به سبب انقباض پذيري كمتر جبران مي‌شود. به عنوان يك قانون كلي, همين اصل بر تمام مايعات صادق است كه, چگالي و انقباض پذيري بطور معكوس متناسبند. در نتيجه, تمام مايعات صوت را در يك محدوده نزديك بهم منتقل مي‌كنند.