Ультразвукова енергія діє на середовище, що змушує частинки вібрувати на високій швидкості та викликати механічні зміни, такі як швидкість, прискорення, звуковий тиск та інтенсивність звуку, викликаючи таким чином механічні ефекти. Ультразвук є формою поширення механічної енергії, яка пов’язана з хвильовим процесом і створює лінійний ефект вібрації. Коли ультразвукова хвиля поширюється в середовищі, хоча амплітуда зміщення частинок мала, прискорення частинки, викликане ультразвуковою хвилею, дуже велике.
Якщо ультразвукова хвиля частотою 20 кГц, 1 Вт/см2 поширюється у воді, амплітуда звукового тиску, створювана нею, становить 173 кПа, що означає, що амплітуда звукового тиску повинна змінюватися 20 000 разів між позитивною та негативною 173 кПа за секунду, а максимальне прискорення частинок — до 1440 км/с2, що приблизно в 1500 разів перевищує прискорення сили тяжіння, наприклад інтенсивний і швидко мінливий механічний рух - це ефект механічної вібрації потужного ультразвуку.
Якщо ультразвукове середовище не є рівномірним шаруватим середовищем (наприклад, біологічна тканина, тіло людини тощо), акустичний опір кожного шару середовища призведе до відбиття відбитих звукових хвиль і формування стоячої хвилі. Пучності і вузли стоячої хвилі викликають зміни тиску, напруги і прискорення. Оскільки маса різних частинок середовища (наприклад, біомолекул) різна, швидкість вібрації, викликана зміною тиску, є різною, а зміна тиску, викликана відносним рухом між частинками середовища, є ще однією причиною ультразвукового механічного ефекту. Механічні впливи за допомогою ультразвуку повинні бути оброблені (перфорація, різання, ущільнення, зміцнення поверхні, зварювання, очищення, полірування та видалення небажаних плівок і бруду тощо), а також використовуватися для прискорення диспергування, гомогенізації, емульгування та дроблення, стерилізації та інших процесів.
Механічний вплив ультразвуку широко використовується у виробництві, і прикладами цього є наступні.
Механічне перемішування
Ультразвукова високочастотна вібрація та радіаційний тиск можуть створювати ефективне перемішування та потік у газі та рідині. Сильний струмінь і локальний мікроштурховий потік, створюваний вібрацією кавітаційної бульбашки на поверхні твердого тіла, може значно послабити поверхневий натяг і тертя рідини, а також зруйнувати прикріплений шар поверхні розділу тверда речовина-рідина, тому він не може досягти звичайного низькочастотного механічного перемішування. ефект. Цей ефект є фізичною основою для нанесення ліків через шкіру людини, косметичних засобів на шкіру людини, ультразвукової дегазації, харчового та косметичного вирівнювання та очищення.
Інтердифузія
Ефект тиску та високої температури ультразвукової вібрації та кавітації використовується для сприяння взаємному проникненню молекул між двома рідинами, двома твердими тілами або межами розділу рідина-тверде та рідина-газ для формування нових властивостей матеріалу. До таких ефектів можна віднести ультразвукове зварювання металів або пластмас, ультразвукове емульгування, очищення, атомізацію.
Гомогенізувати
Після закриття кавітаційних бульбашок локальна ударна хвиля може розчавити частинки в рідині, щоб зробити її тонкою; зробити кристал однорідним; розподіліть великі та нерівні краплі молока на крихітні однорідні агенти (наприклад, медичні контрастні речовини, засоби для лікування раку тощо); Це може включати навіть тромболізис та інші ефекти.
Згуртованість
Ультразвукова вібрація може змусити зважені частинки в газі та рідкому середовищі рухатися з різними швидкостями, збільшуючи ймовірність зіткнення фаз; або за допомогою стоячих хвиль, щоб вони прагнули до пучностей, таким чином відбувається процес агломерації. До цієї категорії відноситься збір пилу в димоході та штучний дощ.
Механічна ріжуча дія
Завдяки великому прискоренню ультразвукової вібрації та ефекту кавітації та акустичної корозії можна виконувати спеціальну та точну обробку твердих та крихких матеріалів (дорогоцінне каміння, кераміка, скло, магнітна сталь тощо).
розбити
Використання ультразвукових імпульсів високої інтенсивності дозволяє подрібнити камені в нирках і жовчному міхурі в організмі, не пошкоджуючи м’які тканини.
