Energia ultradźwiękowa działa na ośrodek, co powoduje, że cząstki wibrują z dużą prędkością i powodują zmiany mechaniczne, takie jak prędkość, przyspieszenie, ciśnienie akustyczne i natężenie dźwięku, powodując w ten sposób efekty mechaniczne. Ultradźwięki to forma propagacji energii mechanicznej, która jest związana z procesem falowym i powoduje liniowy efekt wibracji. Kiedy fala ultradźwiękowa rozchodzi się w ośrodku, mimo że amplituda przemieszczenia cząstek jest niewielka, przyspieszenie cząstki wywołane falą ultradźwiękową jest bardzo duże.
Jeśli fala ultradźwiękowa o częstotliwości 20 kHz i mocy 1 W/cm2 rozchodzi się w wodzie, amplituda generowanego przez nią ciśnienia akustycznego wynosi 173 kPa, co oznacza, że amplituda ciśnienia akustycznego musi zmieniać się 20 000 razy pomiędzy dodatnim i ujemnym 173 kPa na sekundę, a maksymalne przyspieszenie cząstek sięga 1440 km/s2, czyli około 1500 razy przyspieszenie ziemskie. Tak intensywny i szybko zmienny ruch mechaniczny jest efektem drgań mechanicznych mocy ultradźwięków.
Gdy ośrodek ultradźwiękowy nie jest ośrodkiem jednowarstwowym (takim jak tkanka biologiczna, ciało ludzkie itp.), impedancja akustyczna każdej warstwy ośrodka spowoduje odbicie odbitych fal dźwiękowych i utworzenie fali stojącej. Antywęzły i węzły fali stojącej powodują zmiany ciśnienia i napięcia oraz przyspieszenia. Ponieważ masa różnych cząstek ośrodka (takich jak biomolekuły) jest różna, prędkość wibracji spowodowana zmianą ciśnienia jest inna, a zmiana ciśnienia spowodowana względnym ruchem pomiędzy cząsteczkami ośrodka jest kolejnym powodem mechanicznego efektu ultradźwiękowego. Efekty mechaniczne za pomocą ultradźwięków należy poddać obróbce (perforacja, cięcie, zagęszczenie, wzmocnienie powierzchni, spawanie, czyszczenie, polerowanie i usuwanie niepożądanych filmów i brudu itp.), A także wykorzystać do przyspieszenia dyspersji, homogenizacji, emulgowania i kruszenia, sterylizacji i innych procesów.
Mechaniczne działanie ultradźwięków jest szeroko stosowane w produkcji, a przykłady są następujące.
Mieszanie mechaniczne
Wibracje ultradźwiękowe o wysokiej częstotliwości i ciśnienie promieniowania mogą powodować skuteczne mieszanie i przepływ gazu i cieczy. Silny strumień i lokalny mikroprzepływ generowany przez wibracje pęcherzyków kawitacyjnych na powierzchni stałej może znacznie osłabić napięcie powierzchniowe i tarcie cieczy oraz zniszczyć przyłączoną warstwę granicy faz ciało stałe-ciecz, więc nie może ona osiągnąć zwykłego mieszania mechanicznego o niskiej częstotliwości. efekt. Efekt ten stanowi fizyczną podstawę do stosowania leków przez ludzką skórę, produktów kosmetycznych na ludzką skórę, odgazowywania ultradźwiękowego, wyrównywania i uszlachetniania żywności i kosmetyków.
Wzajemna dyfuzja
Wpływ ciśnienia i wysokiej temperatury wibracji ultradźwiękowych i kawitacji wykorzystuje się do wspomagania wzajemnej penetracji cząsteczek między dwiema cieczami, dwoma ciałami stałymi lub powierzchnią międzyfazową ciecz-ciało stałe i ciecz-gaz w celu utworzenia nowych właściwości materiału. Do takich efektów można zaliczyć spawanie ultradźwiękowe metali czy tworzyw sztucznych, emulgowanie ultradźwiękowe, czyszczenie, atomizację.
Homogenizować
Po zamknięciu pęcherzyków kawitacyjnych lokalna fala uderzeniowa może zmiażdżyć cząstki cieczy, aby ją rozdrobnić; ujednolicić kryształ; rozproszyć duże i nierówne kropelki mleka na drobne, jednolite środki (takie jak medyczne środki kontrastowe, środki do leczenia raka itp.); Może nawet obejmować trombolizę i inne skutki.
Spójność
Wibracje ultradźwiękowe mogą powodować, że cząstki zawieszone w ośrodku gazowym i ciekłym poruszają się z różnymi prędkościami, zwiększając ryzyko zderzenia faz; lub za pomocą fal stojących, aby zbliżyły się do antywęzłów, w ten sposób zachodzi proces aglomeracji. Do tej kategorii należą gromadzenie się kurzu w kominie i sztuczny deszcz.
Mechaniczne działanie tnące
Dzięki dużemu przyspieszeniu drgań ultradźwiękowych oraz efektowi kawitacji i korozji akustycznej można wykonywać specjalną i precyzyjną obróbkę materiałów twardych i kruchych (kamienie szlachetne, ceramika, szkło, stal magnetyczna itp.).
Rozbić
Zastosowanie impulsów ultradźwiękowych o wysokiej intensywności może rozbić kamienie nerkowe i żółciowe w organizmie, nie uszkadzając tkanek miękkich.
