Ultrazvuková energie působí na médium, což způsobí, že částice budou vibrovat vysokou rychlostí a produkovat mechanické změny, jako je rychlost, zrychlení, akustický tlak a intenzita zvuku, což způsobí mechanické účinky. Ultrazvuk je forma šíření mechanické energie, která souvisí s vlnovým procesem a vytváří lineární účinek vibrací. Když se ultrazvuková vlna šíří v médiu, ačkoli amplituda posunutí částice je malá, zrychlení částice způsobené ultrazvukovou vlnou je velmi velké.
Pokud se ultrazvuková vlna 20 kHz, 1 W/cm2 šíří ve vodě, amplituda akustického tlaku, kterou vytváří, je 173 kPa, což znamená, že amplituda akustického tlaku se musí změnit 20 000krát mezi kladnou a zápornou hodnotou 173 kPa za sekundu a maximální zrychlení částic Až 1440 km/s gravitací 1500 krát intenzivní a zrychlení asi 500krát. změna mechanického pohybu je mechanický vibrační účinek výkonového ultrazvuku.
Pokud ultrazvukové médium není rovnoměrné vrstvené médium (jako je biologická tkáň, lidské tělo atd.), akustická impedance každé vrstvy média způsobí, že se odražené zvukové vlny odrazí a vytvoří stojatou vlnu. Antinody a uzly stojaté vlny způsobují změny tlaku a napětí a zrychlení. Protože hmotnost různých částic média (jako jsou biomolekuly) je různá, rychlost vibrací způsobená změnou tlaku je odlišná a změna tlaku způsobená relativním pohybem mezi částicemi média je dalším důvodem pro ultrazvukový mechanický efekt. Mechanické efekty pomocí ultrazvuku by měly být zpracovány (perforace, řezání, zhutňování, zpevnění povrchu, svařování, čištění, leštění a odstraňování nežádoucích filmů a nečistot atd.) a také využívány k urychlení disperze, homogenizace, emulgace a drcení, sterilizace a dalších procesů.
Mechanický účinek ultrazvuku byl široce používán ve výrobě a příklady jsou následující.
Mechanické míchání
Ultrazvukové vysokofrekvenční vibrace a radiační tlak mohou vytvářet účinné míchání a proudění v plynu a kapalině. Silný paprsek a lokální mikrospěch generovaný vibracemi kavitační bubliny na pevném povrchu může výrazně oslabit povrchové napětí a tření kapaliny a zničit připojenou vrstvu rozhraní pevná látka-kapalina, takže nemůže dosáhnout běžného nízkofrekvenčního mechanického míchání. účinek. Tento efekt je fyzikálním základem pro aplikaci léků přes lidskou pokožku, kosmetických přípravků na lidskou pokožku, ultrazvukové odplynění, potravinářské a kosmetické vyrovnávání a zušlechťování.
Interdifuze
Tlakový a vysokoteplotní účinek ultrazvukových vibrací a kavitace se používá k podpoře vzájemného pronikání molekul mezi dvěma kapalinami, dvěma pevnými látkami nebo rozhraními kapalina-pevná látka a kapalina-plyn za účelem vytvoření nových materiálových vlastností. Mezi takové účinky lze zařadit ultrazvukové svařování kovů nebo plastů, ultrazvukovou emulgaci, čištění, atomizaci.
Homogenizovat
Po uzavření kavitačních bublin může místní rázová vlna rozdrtit částice v kapalině, aby byla jemná; učinit krystal jednotným; rozptýlit velké a nerovnoměrné kapičky mléka do malých jednotných činidel (jako jsou lékařské kontrastní látky, činidla pro léčbu rakoviny atd.); Může zahrnovat i trombolýzu a další účinky.
Soudržnost
Ultrazvukové vibrace mohou způsobit, že se suspendované částice v plynném a kapalném médiu pohybují různými rychlostmi, čímž se zvyšuje pravděpodobnost fázové kolize; nebo pomocí stojatých vln, aby měly sklon k antinodám, dochází tak k procesu aglomerace. Do této kategorie spadá sběr prachu v kouřovodu a umělý déšť.
Mechanické řezání
Díky velkému zrychlení ultrazvukových vibrací a vlivu kavitace a akustické koroze lze provádět speciální a přesné zpracování tvrdých a křehkých materiálů (drahokamy, keramika, sklo, magnetická ocel atd.).
Smash
Použití vysoce intenzivních ultrazvukových pulzů může rozdrtit ledvinové a žlučové kameny v těle, aniž by došlo k poškození měkkých tkání.
