Slide esposizione agli ultrasuoni

Gli ultrasuoni sono onde acustiche caratterizzate da frequenze al di sopra del limite superiore di udibilità per l'orecchio umano. Questo limite, soggettivo e variabile con l'età, può essere approssimativamente fissato tra i 16 kHz e i 20 kHz.

Le onde acustiche sono onde meccaniche e pertanto richiedono un mezzo fisico per la loro propagazione. Le particelle del mezzo vengono messe in oscillazione attorno alla loro posizione di equilibrio, generando compressioni e rarefazioni del mezzo stesso (solido, liquido o gassoso).  La perturbazione meccanica prodotta ha le caratteristiche di un’onda di pressione che trasporta energia. La pressione, la cui unità di misura è il pascal (Pa), è pertanto una grandezza fisica rilevante per descrivere gli US.

Nei fluidi (liquidi e gas) l’onda acustica è longitudinale, in quanto l’oscillazione delle particelle attorno alla loro posizione di equilibrio coincide con la direzione di propagazione dell’onda. Nei solidi elastici possono propagarsi anche onde trasversali, caratterizzate da una oscillazione delle particelle ortogonalmente alla direzione di propagazione dell’onda.

Per quanto riguarda i tessuti che costituiscono il corpo umano, le onde trasversali possono propagarsi essenzialmente nei tessuti duri quali le ossa, mentre nei tessuti molli, si propagano prevalentemente le onde longitudinali di pressione.

Durante l’attraversamento dei mezzi, le onde ultrasoniche sono soggette a fenomeni di attenuazione che agiscono in maniera dissipativa. In generale, l’intensità ultrasonora decade esponenzialmente con la distanza in modo differente a seconda del materiale.

In relazione alla natura dei processi fisici che danno origine alla perdita di energia (ad esempio perdite viscose, conduzione termica, ecc.), l'energia acustica rimossa dall'onda per effetto dell’assorbimento viene depositata nel mezzo sotto forma di calore, dipendendo dalla frequenza dell’onda e dal materiale attraversato.

Nel caso di generazione e propagazione di US in un mezzo diverso dall’aria, la differenza di impedenza fra il mezzo in cui vengono generati (ad esempio l'acqua) e l'aria, tipicamente comporta un’elevata riflessione all'interfaccia. Di conseguenza la quasi totalità dell'energia ultrasonica rimane confinata nel mezzo in cui l’onda ultrasonora è stata generata benchè in alcuni casi l’emissione di US in aria potrebbe essere apprezzabile.

In aria, per frequenze superiori a circa 300 kHz gli ultrasuoni non si propagano, in quanto i fenomeni di assorbimento diventano rilevanti in percorsi dell’onda dell’ordine del millimetro.

Infine nel caso di generazione e propagazione degli US in acqua diventa rilevante il fenomeno della cavitazione che si basa sulla formazione, crescita ed eventuale collasso di microbolle all’interno del fluido. Nella cosiddetta cavitazione stabile o non inerziale vengono indotte oscillazioni sia nel mezzo che della stessa bolla senza comportarne la rottura. Al contrario la cosiddetta cavitazione instabile o inerziale è caratterizzata dal rapido collasso e implosione delle bolle, con rilascio di una notevole quantità di energia sotto forma di calore e onde d'urto.

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I contenuti sono stati presi dalla nuova sezione presente su agentifisici,it sul rischio ultrasuoni.

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