Infrasuoni e ultrasuoni: applicazioni

Da "Fisica, onde Musica": un sito web su fisica delle onde e del suono, acustica degli strumenti musicali, scale musicali, armonia e musica.

  • Non tutti i suoni possono essere percepiti dall'orecchio umano. In particolare per convenzione si considerano non percepibili i suoni con frequenze minori di 20 Hz, detti infrasuoni, e quelli con frequenze superiori a 20000 Hz, detti ultrasuoni. Per saperne di più sul meccanismo della percezione dell'altezza si veda la pagina sulle frequenze udibili
  • A produrre infrasuoni sono tutte le vibrazioni meccaniche di bassa frequenza come i forni, alcune macchine con parti rotanti, i motori diesel, i compressori, i ventilatori, le vibrazioni del terreno quando passano pesanti autocarri, le onde longitudinali dei terremoti. Benché gli infrasuoni non possano essere uditi, essi, specie se si accompagnano ad onde di di elevata intensità sonora, sono percepibili attraverso lo scheletro, come chiunque ha sperimentato per esempio ponendosi in prossimità di un grosso diffusore in un concerto, o in una discoteca, e percependo "nel petto" anziché nelle orecchie le vibrazioni corrispondenti ai bassi ritmici.
  • Gli ultrasuoni possono essere prodotti per esempio ponendo in vibrazione una sottile lamina di quarzo per effetto piezoelettrico, cioè sollecitandola con una tensione elettrica variabile alla frequenza di ultrasuono desiderata. Lo stesso dispositivo può funzionare all'inverso: se la lamina di quarzo riceve ultrasuoni, inizierà a vibrare producendo una corrente misurabile. Questo dispositivo può essere utilizzato per rilevare ultrasuoni nell'ambiente.

Tipi di ultrasuoni e loro utilizzo

Gli ultrasuoni si dividono convenzionalmente in tre bande di frequenza:

Ecografia di un feto di 23 settimane
  1. ultrasuoni ad alta frequenza, da 1 MHz a 10 MHz, usati soprattutto come mezzo diagnostico in medicina;
  2. ultrasuoni a media frequenza, da 100 kHz a 10 MHz; usati ancora in medicina, ma con funzione terapeutica, perché causano un riscaldamento locale dei tessuti irraggiati che, se opportunamente dosato, è in grado di debellare microrganismi o essere terapeutico contro i reumatismi
  3. ultrasuoni a bassa frequenza, da 20 kHz a 100 kHz: vengono prodotti nell'utilizzo di certi impianti industriali che fanno uso di compressori, reattori o turbine a gas
  • Gli ultrasuoni ad alta frequenza vengono usati in medicina come ad esempio nell'ecografia che permette di osservare, senza danno per il paziente, parti interne del corpo umano con una metodologia simile a quella basata sui raggi X, ma con un dettaglio di risoluzione e una penetrazione molto minori. Infatti, facendo vibrare cristalli di quarzo, si generano ultrasuoni che vengono diretti ad angolature diverse attraverso le parti da studiare. Si rilevano, molte volte ogni secondo, le onde riflesse, in modo da ottenere una serie di immagini che, rielaborate in sequenza, formano un filmato. Per ulteriori notizie si veda la pagina riflessione del suono.
  • Gli ultrasuoni vengono anche utilizzati per sterilizzare il latte, per scoprire impurità o anomalie nei metalli, per bucare dei materiali senza che questi vengano a contatto con una punta, per mescolare liquidi diversi o per pulire oggetti preziosi, per rimuovere incrostazioni da superfici come quelle dentarie.
  • Anche il SONAR (SOund NAvigation and Rancing = navigazione e localizzazione mediante il suono) sfrutta le proprietà degli ultrasuoni che, tra l'altro, sono in grado di propagarsi in acqua per molti chilometri. Questo dispositivo permette di conoscere i valori della profondità del mare e di controllarne il fondo consentendo così di ricavare informazioni sull'ambiente naturale o sulla presenza di imbarcazioni affondate. Il meccanismo su cui si basa il SONAR è semplice: vengono generati ultrasuoni che poi vengono indirizzati verso degli obiettivi che li riflettono. Grazie a un rilevatore si raccolgono le onde riflesse e, nota la velocità del suono nell'acqua e il tempo impiegato dalle radioonde per compiere l'intero cammino di andata e ritorno, si riesce a calcolare a che distanza si trova l'oggetto in questione.
  • Certi animali, come i pipistrelli, sfruttano gli ultrasuoni per muoversi nel buio o per catturare prede nella notte: essi dopo aver prodotto degli ultrasuoni e averli indirizzati verso ciò che devono rilevare, stimano il tempo "di andata e ritorno" e dunque la distanza del loro obiettivo.
  • L'ecocardiogramma si basa sull'uso degli ultrasuoni: questa è una tecnica che permette di osservare le varie parti del cuore che avendo densità differenti, una volta colpite dalle onde sonore, le riflettono in modo diverso, consentendo, dopo un'accurata analisi dei dati, una diagnosi precisa delle patologie eventualmente presenti.

Danni da esposizione a ultrasuoni

  • Le categorie a rischio sono quelle collegate alle attività che producono gli infrasuoni e gli ultrasuoni
  • Gli ultrasuoni a bassa frequenza si possono trasmettere al corpo umano attraverso la pelle e, soprattutto in seguito a esposizione prolungata, possono produrre nausea, vomito, astenia e vertigine
  • Per ridurre il rischio basta seguire alcuni accorgimenti come controllare i sistemi di isolamento o indossare opportune protezioni prima di sottoporsi all'esposizione.

Approfondimenti e collegamenti

  • Più volte, in questa pagina, si è fatto cenno al fenomeno della riflessione sonora. Ti invitiamo pertanto a visitare la pagina relativa.

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