Siêu âm là một hiện tượng vật lý thú vị liên quan đến sóng âm có tần số cao. Nó không chỉ đóng vai trò trong nghiên cứu khoa học mà còn được ứng dụng rộng rãi trong y học và nhiều ngành công nghiệp khác.
Siêu âm là gì?
Khi nhắc đến âm thanh, chúng ta thường nghĩ đến những gì tai mình có thể nghe được. Tuy nhiên, thế giới âm thanh rộng lớn hơn nhiều! Siêu âm (Ultrasound) chính là những sóng âm có tần số cao hơn ngưỡng nghe của tai người, tức là trên 20.000 Hz (hoặc 20 kHz). Dù chúng ta không thể nghe thấy trực tiếp, nhưng siêu âm lại mang trong mình rất nhiều tiềm năng ứng dụng.
Để dễ hình dung, hãy nghĩ về một dàn nhạc giao hưởng. Các nhạc cụ tạo ra âm thanh với tần số khác nhau. Siêu âm giống như những nốt nhạc "siêu cao" mà tai chúng ta không cảm nhận được trực tiếp.
>>> Xem thêm tại: Vật liệu nào không dẫn điện? Top 7 chất cách điện hiệu quả
Nguyên lý hoạt động của siêu âm
Về bản chất, siêu âm tuân theo các quy luật của vật lý sóng. Khi một chùm sóng siêu âm được phát ra, nó sẽ truyền qua môi trường và tương tác với các vật cản trên đường đi. Có ba hiện tượng chính xảy ra, tạo nên các ứng dụng đa dạng của siêu âm:
+ Phản xạ: Sóng siêu âm đập vào một vật cản và bật ngược trở lại nguồn phát. Đây là nguyên lý cơ bản của siêu âm chẩn đoán y tế, khi các sóng phản xạ tạo nên hình ảnh bên trong cơ thể.
+ Hấp thụ: Một phần năng lượng của sóng siêu âm bị môi trường hoặc vật cản hấp thụ, chuyển hóa thành nhiệt năng.
+ Tán xạ: Sóng siêu âm bị phân tán theo nhiều hướng khi gặp các hạt nhỏ hoặc bề mặt không đồng đều.
Nhờ những đặc tính này, siêu âm có thể được sử dụng trong nhiều lĩnh vực:
+ Y tế: Tạo ảnh để chẩn đoán bệnh, kiểm tra thai nhi, phát hiện khối u mà không cần xâm lấn.
+ Công nghiệp: Đo khoảng cách, kiểm tra khuyết tật trong vật liệu (ví dụ: vết nứt trong kim loại), làm sạch dụng cụ chính xác.
+ Đời sống: Trong các thiết bị cảm biến lùi xe, thiết bị làm sạch trang sức gia đình.
>>> Xem thêm tại: Hạt mang điện tích dương là gì? Khám phá Proton
Yếu tố quan trọng của siêu âm
Tương tự như các loại sóng âm khác, tốc độ âm thanh của siêu âm phụ thuộc vào môi trường truyền. Trong mỗi môi trường khác nhau, siêu âm sẽ có tốc độ lan truyền khác nhau:
+ Chất khí: Tốc độ thấp nhất (ví dụ, trong không khí khoảng 343 m/s).
+ Chất lỏng: Tốc độ nhanh hơn (ví dụ, trong nước khoảng 1.480 m/s).
+ Chất rắn: Tốc độ cao nhất (ví dụ, trong thép khoảng 5.100 m/s).
Chính sự khác biệt về tốc độ này khi siêu âm đi qua các vật chất khác nhau đã tạo nên cơ sở cho nhiều ứng dụng quan trọng, đặc biệt là trong lĩnh vực y tế, nơi các hình ảnh được tạo ra dựa trên sự phản xạ của sóng âm.
Việc hiểu rõ hiện tượng siêu âm giúp chúng ta nắm bắt tốt hơn các ứng dụng hiện đại của nó trong chẩn đoán y khoa, kiểm tra vật liệu và nhiều lĩnh vực công nghệ cao khác trong đời sống.