Công dụng của sóng siêu âm
Sóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như: y khoa, thăm dò tàu ngầm trong quân sự, đánh bắt thủy sản, tìm kiếm tài nguyên biển, phòng tránh vật thể lạ trên biển.
* Quá trình phát minh ra Máy dò sóng siêu âm
Cá voi sử dụng phản xạ của sóng âm thanh để phát hiện kích thước, hình dạng và tốc độ của các đối tượng cách nó hàng trăm mét. Nguyên tắc là một bộ phận trên trán cá voi phát ra âm thanh về phía trước. Các sóng âm truyền trong môi trường xung quanh, dội vào những đối tượng gần đó và phản xạ lại, tương tự như khi giọng nói của bạn vang vọng trong hẻm núi. Sóng âm phản xạ trở lại sẽ được dây thần kinh thính giác cá voi ghi nhận và truyền lên não, nơi hình ảnh âm thanh được tạo ra. Bằng cách phân tích sóng âm, cá voi thậm chí có thể phân biệt giữa một quả bóng golf và một quả bóng bàn.Sau nhiều nỗ lực mô phỏng khả năng nghe nhìn của cá voi, con người đã sáng chế ra sonar (sound navigation and ranging) – công nghệ máy dò sóng âm.
Theo sử sách ghi lại, năm 1490, danh họa, nhà sáng chế Leonardo da Vinci (Ý) chính là người tiên phong bắt chước cá voi lắng nghe sóng âm bằng một chiếc ống cắm xuống nước. Nhưng thảm họa chìm tàu Tinanic năm 1912 mới là động lực thật sự thúc đẩy nhà khí tượng học Lewis Richardson (Anh) sáng chế thiết bị đo sóng âm đầu tiên trên thế giới. Một năm sau, kỹ sư tàu ngầm Reginald Fessenden (Canada) nghiên cứu thành công bộ cảm biến sóng âm có thể phát hiện băng trôi từ khoảng cách 3 km. Cảm biến này sau đó được trang bị cho 10 tàu ngầm của Anh trong năm 1915, khởi đầu kỷ nguyên mới của các nghiên cứu chuyên sâu hơn về máy dò sóng âm dùng cho tàu chiến. Thuật ngữ “Sonar” ra đời tại Mỹ trong chiến tranh thế giới thứ II, và thế kỷ 21 đánh dấu hàng loạt công nghệ “sonar” cải tiến với sự phức tạp và độ chính xác cao ứng dụng trong cả dân sự lẫn quân sự.
1. Trinh sát biển
Dùng sóng siêu âm thăm dò tàu ngầm
Ở dưới nước sóng điện từ truyền không được xa. Những ra-đa dựa vào sóng điện từ để làm việc. Tuy ở trên mặt đất là "con mắt thần" nhưng ở dưới nước lại trở thành "mắt cận thị". Thế nhưng ở trong nước sóng siêu âm lại có thể truyền thẳng về phía trước theo phương hướng nhất định, nó có thể truyền xa tới mấy km.
Hơn nữa nó lại có thể hình thành một chùm tia rất hẹp truyền theo một phương hướng. Khi trên đường đi gặp phải vật cản, một phần năng lượng của nó phản xạ lại theo đúng hướng cũ. Vì vậy khi thu được tín hiệu hồi âm, qua phóng đại được chuyển đến Máy hiện sóng sẽ lập tức chỉ ra được khoảng cách và phương vị của mục tiêu.
Căn cứ vào nguyên lý này sóng siêu âm được ứng dụng rộng rãi sang cả lĩnh vực phát hiện thủy sản, tài nguyên biển; cảnh báo chướng ngại vật trên biển như: đá ngầm, bãi ngầm, núi băng..
Dùng sóng siêu âm truy tìm tài nguyên biển
Mỗi vật thể sẽ phát ra tần số sóng siêu âm khác nhau, căn cứ vào tần số sóng thu được phản xạ đến Máy dò sóng âm, người ta sẽ có thể dự đoán được vật thể sắp tiếp cận là gì. Nếu là chướng ngại vật là vỉa đá ngầm, tảng băng, vật thể lạ thì cần điều chỉnh con tàu theo hướng khác để tránh va đập, thiệt hại về con người và vật chất.
Hệ thống sonar cho phép chỉ cần ngồi trên tàu là có thể ước lượng từ xa vị trí, mức độ tập trung, tốc độ và hướng di chuyển của từng đàn cá, vừa đảm bảo an toàn cho ngư dân, vừa tăng sản lượng và giảm thời gian đánh bắt đáng kể.
2. Dùng sóng siêu âm trong y tế và thú y
Cũng căn cứ vào nguyên lý giống như vậy các thầy thuốc đã để đầu máy thăm dò phát sóng siêu âm vào những vị trí thích hợp trên người bệnh nhân khiến cho sóng siêu âm truyền trên thân thể người. Khi bộ phận nào đó có bệnh thì tín hiệu hồi âm phản xạ sẽ không giống với tình huống bình thường và thầy thuốc có thể chẩn đoán được bộ phận bên trong nào có bệnh lý gì và phân tích được tính chất của bệnh lý . Ví dụ như ung thư, ung thư não, gan cứng, dạ dày sa, sỏi v.v... Ngoài ra còn có một loại máy " sóng siêu âm hiện hình", người ta có thể nhìn thấy trên màn hình của nó trái tim đang đập, thai nhi trong bụng mẹ. Vì vậy sóng siêu âm cũng là một trợ thủ tốt cho thầy thuốc.
Dùng sóng siêu âm trong y khoa
Áp dụng nguyên tắc hoạt động tương tự của sóng siêu âm, Lĩnh vực thú y chứng kiến sự ra đời của: Máy phát hiện thai gia súc, Máy siêu âm thú y, Máy khám thai động vật
3. Dùng sóng siêu âm kiểm tra chi tiết cơ khi
Sóng siêu âm khi truyền trong chi tiết kim loại (như bánh răng, trục quay, cánh quạt, chân vịt v.v.) gặp những khuyết tật ẩn dấu bên trong như những chỗ rỗ, vết nứt v.v... sẽ sản sinh ra những hình sóng phản xạ không bình thường. Loại dụng cụ kiểm tra này rất nhạy bén, những khuyết tật nhỏ hơn hạt vừng cũng không thoát khỏi sự kiểm tra của chúng.
Ứng dụng: Máy siêu âm khuyết tật, Máy đo độ dày vật liệu bằng siêu âm
Tổng hợp và Biên soạn: Thanh Lương
