استخدامات الموجات الصوتية
شد الجسم
- عرف العلماء منذ السبعينيات كيفيةرفع الأشياء باستخدام الموجات الصوتية.
- قام باحثون يابانيون في جامعة طوكيو مؤخرًا بتوسيع هذه الفكرة، ليس فقط بتحريك الجزيئات الصغيرة (في هذه الحالة)، ولكن أيضًا بتحريكها في صورة ثلاثية الأبعاد.
- يستخدم تأثيرات Sonic flyby للموجات الصوتية القوية وانعكاسها. بعضها مسموع والبعض الآخر غير مسموع
- تستخدم الاختلاف في الضغط بين هذه الموجات والجسم لرفع الجسم والحفاظ عليه معلقًا في الهواء.
- أضاف الباحثون اليابانيون عنصرًا ثالثًا: أربعة لوحات مكبرات صوت تواجه بعضها البعض وتصدر ترددات عالية غير مسموعة.
- ينشئون معًا نقطة محددة حيث تتقاطع جميع الترددات.
- بعد ذلك، يتمكن العلماء من تحريك النقطة والجسيمات المحيطة بها عند ضبط تردد الإشعاع الذي ينبعث من كل لوحة.
يجعل التنفس أسهل
- اخترع المهندس الصوتي ساندي هوكينز Lung Flute في عام 2009 كوسيلة لمساعدة الأشخاص الذين يعانون من تورم الرئة وأمراض الجهاز التنفسي الأخرى باستخدام الموجات الصوتية ذات التردد المنخفض.
- يحتوي جهاز اليد النقال على أنبوب بلاستيكي طويل مع فوهة متصلة وقضيب ميلر داخله.
- يتطلب استخدام جهاز الإنعاش الرئوي عند المريض نفخًا في قطعة الفم بين 15 و 20 مرة، مما يؤدي إلى إرسال اهتزاز مستمر إلى الصدر يحاكي تردد الأهداب التي تشبه الشعر، وهي عضلات تساعد على إخراج الأوساخ والمخاط من الرئتين.
- عند استخدام Lung Flute ، يتم تحفيز نظام الإفراز الطبيعي للرئتين والعمل بالتناغم معه لتسهيل التنفس.
إجراء جراحة الدماغ
- ExAblate هو جهاز طبي تم إنشاؤه بواسطة شركة رعاية صحية خاصة تدعى InSightec، يستخدم التصوير بالرنين المغناطيسي (MRI) بالإضافة إلى الموجات فوق الصوتية المركزة والموجهة لإجراء جراحة الدماغ غير الجراحية.
- يستخدم الأطباء التصوير بالرنين المغناطيسي لتحديد موقع الورم في الجسم.
- يتم استخدام ExAblate الذي يشبه الخوذة لإنتاج موجات صوتية عالية التردد تمر عبر الجمجمة.
- يتسبب تفاعل الموجات بالاحتكاك في إنتاج حرارة تدمر الورم بشكل بطيء.
- تم تزويد الجهاز الذي يسمح برؤية الجمجمة بأكثر من 1000 محول طاقة فوق صوتية، وهي أجهزة ترسل وتستقبل الموجات الصوتية، ويمكن لكل جهاز من هذه الأجهزة التركيز على نقطة محددة لتفادي أي تشويه في الصوت.
- في خلال الإجراء، يتم تدوير الماء المثلج أيضًا حول الجمجمة لمنع ارتفاع درجة الحرارة.
توليد الكهرباء
- قام فريق من الباحثين بجامعة نوتنغهام في المملكة المتحدة بتطوير موقد SCORE لنقل الطاقة إلى البلدان النامية، وهو موقد يعمل بالحطب يحول الحرارة إلى صوت ثم الصوت إلى كهرباء لتوفير الطاقة المطلوبة.
- يحتوي الموقد على أنبوب يستخدم الحرارة الزائدة من الطهي.
- بمجرد وجودها، تنتقل الحرارة إلى مشغل الحرارة الصوتي لموقد SCORE، مما يؤدي إلى تسخين الهواء المضغوط بالداخل واهتزازه، وبالتالي توليد موجات صوتية شديدة.
- يقوم المولد الخطي بتحويل هذه الموجات الصوتية إلى كهربائية.
- بسبب عدم وجود أجزاء متحركة في الموقد، يكون من السهل إصلاحه.
- يمكن أن ينتج طاقة كافية لإضاءة المنزل لليلة واحدة بعد استخدام الجهاز لمدة 3 ساعات.
اخذ درجات الحرارة
- لا تتساوى جميع الموازين الحرارية، وذلك بسبب أن درجات الحرارة العالية جدًا في أماكن مثل المفاعلات النووية يمكن أن تؤدي إلى انحراف وعدم الدقة في بعض المقاييس التقليدية، لذلك يستخدم العلماء في مختبر الفيزياء الوطني في المملكة المتحدة الموازين الحرارية الصوتية بدلاً من المقاييس التقليدية.
- يتألف مقياس الحرارة الصوتي من أنبوب خزفي مملوء بالغاز، ويحتوي على مكبر صوت في أحد طرفيه وميكروفون في الطرف الآخر، حيث تنتقل الموجات الصوتية من الأنبوب الأول إلى الثاني، ويتم قياس الوقت المستغرق للوصول إلى الميكروفون.
- كلما زادت حرارة الهواء ، زادت سرعة انتقال الصوت ، ويمكن للعلماء استخدام هذه المعلومات لتحديد درجة حرارة الغاز.
زجاج أمامي شفاف
- تخطط شركة ماكلارين للسيارات البريطانية لاستخدام التقنية المستخدمة في الطائرات المقاتلة للحفاظ على نظافة زجاج السيارة الأمامي، وذلك باستخدام الموجات الصوتية لخلق مجال انحراف للمياه.
- أثناء تطوير التكنولوجيا الدقيقة، يتم تجاهل كلاً من الطبقة الواقية والممسحة من نوع المولد فوق الصوتي، التي يمكن أن تكون دقيقة في الزاوية.
- يمنع الاهتزاز المستمر عالي التردد انتقال كل من H2O والأوساخ إلى الزجاج والالتصاق به.
كشف القنابل
- يرغب الأستاذ المتخصص في الهندسة في جامعة فاندربيلت، دوجلاس آدامز، في استخدام الموجات الصوتية للكشف عن القنابل المنزلية من مسافة بعيدة وتحديدها.
- يعمل على تطوير نظام كشف صوتي عن بُعد يمكنه التمييز بين المتفجرات ذات القوة المنخفضة والمتفجرات ذات الإنتاجية العالية من خلال تحليل اهتزازاتها.
- سيوجه آدمز وفريقه شعاعًا صوتيًا ومقياسًا للتناضح الليزري، وهو أساسًا أداة يمكنها قياس النبضات عن بعد.
تطبيقات الموجات الصوتية
للموجات الصوتية تطبيقات عديدة في العلوم والطب بالاضافة الى خصائص الموجات الصوتيه ، يمكن استخدام تقنية التصوير بالموجات فوق الصوتية للتحقيق في المشكلات الطبية وإجراء الفحوصات المهمة، واحدة من التطبيقات المعروفة هي فحص الأجنة بالموجات فوق الصوتية ، حيث يتم استخدامه لإنتاج صورة لجنين قبل ولادته ، للتحقق من صحته حيث أن الأشعة السينية غير آمنة، يمكن استخدام النبضات الصوتية المعروفة باسم السونار لرسم خريطة لقاع المحيط عن طريق قياس الوقت المستغرق لاستقبال الصدى، وتوجد أنواع مختلفة من تطبيقات الموجات الصوتية في الإدراك الفيزيائي
الالتراسونك
- تحسين طرق سبر العمق التي تستخدمها السفن:يمكن أن تتولدموجات عالية التردد في الحبوب الضيقة وهي تهز الحبوب
يمكن استخدام موجات التردد المنخفض للحصول على سجل مستمر لملف تعريف قاع المحيط، حيث لا يتم امتصاص الماء بقوة، ويمكن استخدام هذه الموجات لنقل الرسائل بين الغواصات وأيضًا لتعقب الأشياء مثل برج الجليد تحت القوارب المائية بطريقة مشابهة للرادار. - يمكن استخدام مبدأ صدى الصوت لقياس سماكة اللوح المعدني في أي نقطة، حتى عندما يكون الوصول إلى جانب واحد فقط، باستخدام الموجات فوق الصوتية التي يتم اكتشافها بواسطة الموجات التي تعكسها مرة أخرى إلى الكاشف، ويتم قياس الترددات المتتالية f و f للمحولات التي تنتج رنينًا في سماكة اللوحة
- بالإضافة إلى الأجهزة الطبية المعروفة والمتداولة بكثرة
الكهرباء
- عند ضغط قطعة من الكوارتز المقطوعة على طول محور معين، تظهر الشحنات الموجبة والسالبة على وجوهها المركبة وتنعكس قطبية الشحنات عندما تكون البلورة تحت التوتر، وهذا هو تأثير البيزو الكهربائي. تولد عمليات الضغط والتمدد البديلة لموجة الضغط جهدا متناوبا صغيرا عبر البلورة، مما يوفر وسيلة فعالة لاكتشاف وقياس الموجة. وعلى الجانب المقابل، إذا طبقنا جهدا كهربائيا متناوبا على الكوارتز، فإنه يتمدد ويتقلص بنفس التردد بمقدار يزيد مع الإمكانات، وتصبح سعة اهتزاز الكوارتز كبيرة عندما يتزامن تردد الجهد المتناوب مع أحد الأنماط الطبيعية لاهتزاز البلورة.
- في الأصل محولات كهربائية بيزو حيث تم قطعها من بلورات مفردة ولكن في الآونة الأخيرة تم استخدام مواد خزفية متعددة البلورات ، مثل تيتانات الباريوم، عادة ما تكون المناطق الدقيقة للكهرباء البيزو في السيراميك موجهة بشكل عشوائي ولكن يمكن أن تصطف عن طريق تطبيق مجال كهربائي يبلغ حوالي 3 × 10 فولت
الفيزياء
- تنتج الموجات فوق الصوتية في السوائل تجويفًا يؤدي إلى تكوين فراغات صغيرة في السائل، وتمتص الأسطح الصلبة المكشوفة الفراغ الجزئي في هذه المساحات، مما يتيح الكشف عن جزيئات الغبار التي قد تكون ملتصقة بالسطح. ويمكن تنظيف الداخل من الإبرة الديناميكية بهذه الطريقة.
- بالموجات فوق الصوتية في
يمكن استخدام السوائل لتحلية السوائل غير القابلة للامتزاج أو لتدمير البكتيريا عن طريق كسر خلاياها.
هناك بعض التطبيقات المتعلقة بالموجات فوق الصوتية التي يتم إنتاجها إما عن طريق محولات الطاقة الكهربائية للبيتزا مثل الكوارتز، أو بواسطة محولات التضيق المغناطيسي مثل النيكل أو الكوبالت. عندما تكون هذه المحولات ممغنطة، فإنها تغير أطوالها وبالتالي تهتز في الحقول المغناطيسية المتناوبة بطريقة مشابهة للكوارتز
العمارة
- تسمى دراسة وتصميم المباني الداخلية لتحقيق ظروف استماع محددة بالصوت Sabine، وقد قامت بهذه الدراسة الخاصة بالصوتيات الأستاذة سابين في جامعة هارفارد في الآونة الأخيرة، وتعتبرز أهمية الإضاءة والتهوية والصرف الصحي في تصميم المباني، ورغم أن هذه الدراسة جديدة نسبيًا، إلا أنها أصبحت مهمة لتحقيق ظروف استماع محددة بالصوت في المباني.
- يرتبط صوت المبنى ارتباطا وثيقا بالصدى، وهو استمرار الصوت نتيجة انعكاسه المتكرر من حدود الداخل. يعرف الفاصل الزمني بين إصدار الصوت والحركة عندما يصبح ارتداده مسموعا بأنه وقت الارتداد. يتم تعريفه عادة بأنه الوقت الذي ينخفض فيه ملاحظة ترددها إلى 512 هرتز بنسبة واحدة من المليون من شدتها الأولية. يكاد وقت الصدى يكون صفرا في الهواء الطلق عندما لا يكون هناك انعكاس. يستغرق عدة ثوان في حوض سباحة كبير. وبالتالي، تكون الأصوات مميزة للاستفادة من تداخل الصدى. يزداد وقت الصدى المثلى مع حجم القاعة، ويكون أكبر للموسيقى الأوركسترالية مقارنة بالموسيقى الخفيفة والكلا
التنقيب الجيوفيزيائي
- ينتج من الزلزال أو الانفجار الكبير موجات اهتزازية قد تنتقل لمسافات بعيدة جدًا عبر الأرض
- عند تسجيل هذه الاهتزازات على أجهزة قياس الزلازل في مناطق مختلفة على سطح الأرض، يمكن استخدامها للكشف عن الاضطرابات، وتحديد موقع وتصنيف هذه الاضطرابات لتوفير معلومات عن بنية الأرض
- يستخدم الجيولوجيون الانعكاسات الصوتية لهذه الموجات عبر طبقات الصخور للتنقيب عن موارد النفط وتحديد عمق الهياكل المحتملة في رواسب النفط
- يستخدم سبر الأعماق في المحيط تقنيات مماثلة، حيث تسجل الآلة الوقت اللازم لوصول الصوت إلى قاع المحيط وعودته، وبمعرفة هذا الوقت وسرعة الصوت في مياه البحر، يمكن استنتاج العمق.
إنتاج الصوت
- إذا كان تردد أي جسم اهتزازي يقع ضمن المدى الصوتي القابل للسماع، فسينتج صوتا ما، شريطة أن يتم نقل الطاقة الكافية له إلى الوسط للوصول إلى عتبة السمع، ويمكن مقارنة ذلك بين موجات الصوت وموجات الراديو
- على الرغم من أنه تم الوصول إلى هذا الحد، إلا أنه في كثير من الأحيان يتعين تضخيم الصوت حتى يكون مسموعًا بسهولة في مكان تواجد المستمع.
- يمكن استخدام لوحات السبر ومكبرات الصوت لزيادة شدة الصوت، بهدف التحدث بصوت أعلى وأكثر وضوحًا.
- عند استخدام لوحة الصوت، تنتقل الاهتزازات إلى اللوحة مباشرة وتجبرها على الاهتزاز.
- تستطيع الاهتزازات المجمعة استيراد طاقة أكبر إلى الهواء من الاهتزاز الأصلي وحده.
- إذا كانت لوحة المفاتيح قادرة على إعادة إنتاج الاهتزازات بدقة، فيجب عدم وجود ترددات طنين، لأن وجود صوت مثل هذا سيؤثر على جودة الصوت المنخفض.