آکوستیک و تراگذارهای فراصوتی

آکستیک به معنای: تولید ، تراگسیل و در یافت انرژی به صورت ارتعاش در ماده است.

برای تولید و انتشار موجهای آکوستیکی ارتعاشهای مختلفی وجود دارد که بر حسب حدود فرکانس؛ به سه دسته تقسیم میشود:
1) ارتعاش های فرو صوتی که از فرکانس 20 سیکل بر ثانیه به پایین است.
2) ارتعاش های صوتی که با گوش شنیده می شود و حدود فر کانس آن بین 20 سیکل بر ثانیه تا 15000 سیکل برثانیه است.
3) ارتعاش های فرا صوتی که از فرکانس 15000 سیکل بر ثانیه به بالا است.

از زمان های باستان تا قرن هجدهم میلادی تنها نام چند تن از فیلسوف و نظریه پرداز موسیقی را میتوان یافت که به مطاله آکوستیک پرداخته باشند. اکوستیک موسیقی تنها موضوع فیزیکی مورد بحث آنها بود.
در دوره تجدد با عقاید گالیله درباره روش تحقیقات علمی و اصل تطبیق مشاهدات با یکدیگر و به دست آوردن نتیجه و قانون مشترک از آن مشاهدات، علم جدیدی پی ریزی می شود .
در آغاز قرن هفدهم مرسن با اندازه گیری ارتفاع صداهای گام، بین آکوستیک و هنر موسیقی ارتباط بر قرار می کند وآزمایش های اتوگریک نشان داد که صوت در خلا منتشر نمی شود .
در اواخر قرن هفدهم سور، وجود گره و شکم در موج های صوتی را کشف کرد و در همین دوره نیوتن نخستین تشریح ریاضی انتشار صوت را بر پایه خواص ارتجاعی محیطها اعلام میکند .
در قرن هجدهم دالامبر و دنیل برنولی مسائل تارهای مرتعش را تشریح می کنند و فرمول ریاضی آنها را به نام معادله تارهای مرتعش ، هم در فیزیک و هم در ریاضی کشف می کنند.
در قرن نوزدهم دانشمندانی از جمله دولن، ورتایم، رینول، کلادن و ستورم روش های گوناگون محاسبه سرعت صوت در محیط های مختلف انجام می دهند .
در قرن هفدهم و هجدهم هنگامی که چگونگی انتشار موجهای صوتی بوسیله تاثیر نقطه به نقطه و مشخصات اصلی صوت مانند فرکانس و طول موج کشف گردید؛ دامنه تحقیق با روش های مشابهی به بحث در چگونگی انتشار نور کشانده شد و نظریه موجی به وسیله هویگس پی ریزی شد ودر اواخر قرن نوزدهم وسایل ضبط صوت به وسیله ادیسون و وسایل انتقال الکتریکی صوت به وسیله بل کشف می شود .
قرن بیستم دوره ترقی و تکامل در علوم و صنایع است و دامنه مطالعات علمی درباره ارتعاش آکوستیکی از حد فرو صوت تا فرکانس 20 و صداهای قابل احساس از 20 تا 20000 به ارتعاش سریعتر کشانده شد و در دوره فراصوتی از 20000 تا 10 میلیون و بالاتر از آن موجهای مافوق صوت تا حدود 1013 که سبب تحریک های گرمایی در جامدات و آبگون ها می شود، مورد بررسی قرار می گیرد.

کاربرد تراگذارهای فرا صوتی در تولید و گرفتن صوت های زیر آب برای کشف زیر در یایی ها که در ژرفای آب هستند یا برقراری ارتباط با آنها , به کار انداختن اژدرهای آکوستیکی و تعیین عمق آب است.
این تراگذارها عبارتند از :
1) تراگذارهای فراصوتی که در آزمایشگاها برای پژوهش چگونگی انتشار موجهای پر فرکانس آکوستیکی در آبگون ها و اندازه گیری خواص الاستیک جامد ها به کار میرود.
2) تراگذارهای فراصوتی که در صنعت استفاده میشود و عبارتست از یک دستگاه قوی که برای هم زدن و حرکت دادن ذرات ریز درون آبگون ها؛ خارج کردن گاز از آبگون ها؛ معلق کردن ذرات در آبگون ها یا انعقاد مواد در آنها به کار می رود.
3) تراگذارهای فراصوتی که برای تعیین محل درز یا ترک در فلزهای ریخته گری یا در ورق های پلاستیکی به کار میرود.
4) تراگذارهای سونار که در عملیات دریایی و جنگی به کار می رود.

چون امپدانس ویژه آکوستیکی آبگون ها نسبت به هوا بسیار زیادتر است لازم است عنصر ارتعاش کننده برای کار کردن در داخل آبگون ها طوری طرح ریزی شود که بتواند نیروی خیلی زیاد برای جابجایی خیلی کوچک تولید کند تا با امپدانس آبگون وارد بر آن به طور موثری مقابله کند .
عنصری که بیشتر در این تراگذاها به کار میرود خود تابع خاصیت پیزوالکتریک است.
ارتعاشگر پیزوالکتریکی که عموما به کار میرود عبارتست از: بلور کوارتز ، نمک راشل ، دی هیدروفسفات دامونیم و مواد سرامیکی ریخته شده از قبیل تیتانات دوباریم و دی الکتریکهای مشابه که خاصیت فرو الکتریکی قوی داشته باشد.
عناصر ارتعاش کننده دسته دوم از تراگذارها را از روی خاصیت مغناطوتنگش نیکل و بعضی از آلیاژهای آن انتخاب می کنند.
نوع سوم تراگذار، تابع نیروی جاذبه متناوبی است که بین یک الکترومغناطیس که در سیم پیچ آن جریان متناوبی جاری است و قرص فولادی سختی که در مجاورت آب قرار دارد، به وجود می آید.

منبع: فیزیکدان