La energía ultrasónica actúa sobre el medio, lo que hará que las partículas vibren a alta velocidad y produzcan cambios mecánicos como velocidad, aceleración, presión sonora e intensidad del sonido, provocando así efectos mecánicos. El ultrasonido es una forma de propagación de energía mecánica, que está relacionada con el proceso ondulatorio y producirá un efecto lineal de vibración. Cuando la onda ultrasónica se propaga en el medio, aunque la amplitud del desplazamiento de la partícula es pequeña, la aceleración de la partícula causada por la onda ultrasónica es muy grande.
Si la onda ultrasónica de 20 kHz y 1 W/cm2 se propaga en el agua, la amplitud de la presión sonora generada por ella es de 173 kPa, lo que significa que la amplitud de la presión sonora debe cambiar 20.000 veces entre 173 kPa positivos y negativos por segundo, y la aceleración máxima de las partículas hasta 1440 km/s2, que es aproximadamente 1500 veces la aceleración de la gravedad, un movimiento mecánico tan intenso y que cambia rápidamente es el efecto de vibración mecánica del ultrasonido de potencia.
Cuando el medio ultrasónico no es un medio en capas uniforme (como tejido biológico, cuerpo humano, etc.), la impedancia acústica de cada capa de medio hará que las ondas sonoras reflejadas se reflejen y formen una onda estacionaria. Los antinodos y nodos de la onda estacionaria provocan cambios de presión, tensión y aceleración. Dado que la masa de las diferentes partículas del medio (como las biomoléculas) es diferente, la velocidad de vibración causada por el cambio de presión es diferente y el cambio de presión causado por el movimiento relativo entre las partículas del medio es otra razón del efecto mecánico ultrasónico. Los efectos mecánicos que utilizan ultrasonido deben procesarse (perforación, corte, compactación, fortalecimiento de superficies, soldadura, limpieza, pulido y eliminación de películas y suciedad indeseables, etc.), y también usarse para acelerar la dispersión, homogeneización, emulsificación y trituración, esterilización y otros procesos.
El efecto mecánico del ultrasonido se ha utilizado ampliamente en la producción, y a continuación se muestran ejemplos.
agitación mecánica
La vibración ultrasónica de alta frecuencia y la presión de radiación pueden formar una agitación y un flujo efectivos en gases y líquidos. El fuerte chorro y el microflujo local generado por la vibración de la burbuja de cavitación en la superficie sólida pueden debilitar significativamente la tensión superficial y la fricción del líquido y destruir la capa adjunta de la interfaz sólido-líquido, por lo que no puede alcanzar la agitación mecánica ordinaria de baja frecuencia. efecto. Este efecto es la base física para la aplicación de fármacos a través de la piel humana, productos de belleza a la piel humana, desgasificación ultrasónica, nivelación y refinamiento de alimentos y cosméticos.
Interdifusión
El efecto de presión y alta temperatura de la vibración ultrasónica y la cavitación se utilizan para promover la penetración mutua de moléculas entre dos líquidos, dos sólidos o interfaces líquido-sólido y líquido-gas para formar nuevas propiedades materiales. Entre tales efectos se pueden clasificar la soldadura ultrasónica de metales o plásticos, la emulsificación ultrasónica, la limpieza y la atomización.
Homogeneizar
Una vez cerradas las burbujas de cavitación, la onda de choque local puede aplastar las partículas del líquido para hacerlo fino; uniformar el cristal; dispersar las gotas de leche grandes y desiguales en pequeños agentes uniformes (como agentes de contraste médicos, agentes para el tratamiento del cáncer, etc.); Incluso puede incluir trombólisis y otros efectos.
cohesión
La vibración ultrasónica puede hacer que las partículas suspendidas en el medio gaseoso y líquido se muevan a diferentes velocidades, aumentando la posibilidad de colisión de fases; o utilizar ondas estacionarias para hacer que tiendan a los antinodos, provocando así el proceso de aglomeración. En esta categoría entran la recogida de polvo en los conductos de humos y la lluvia artificial.
Acción de corte mecánico
Debido a la gran aceleración de la vibración ultrasónica y al efecto de la cavitación y la corrosión acústica, se puede realizar un procesamiento especial y preciso de materiales duros y quebradizos (gemas, cerámica, vidrio, acero magnético, etc.).
aplastar
El uso de pulsos de ultrasonido de alta intensidad puede triturar cálculos renales y biliares en el cuerpo sin dañar los tejidos blandos.
