Năng lượng siêu âm tác động lên môi trường sẽ làm cho các hạt dao động với tốc độ cao và tạo ra những thay đổi cơ học như tốc độ, gia tốc, áp suất âm thanh và cường độ âm thanh, từ đó gây ra các hiệu ứng cơ học. Siêu âm là một hình thức truyền năng lượng cơ học, có liên quan đến quá trình sóng và sẽ tạo ra hiệu ứng rung động tuyến tính. Khi sóng siêu âm lan truyền trong môi trường, mặc dù biên độ dịch chuyển của hạt nhỏ nhưng gia tốc của hạt do sóng siêu âm gây ra là rất lớn.
Nếu sóng siêu âm 20kHz, 1W/cm2 lan truyền trong nước, biên độ áp suất âm thanh do nó tạo ra là 173kPa, nghĩa là biên độ áp suất âm thanh phải thay đổi 20.000 lần giữa dương và âm 173kPa mỗi giây và gia tốc hạt tối đa lên tới 1440km/s2, gấp khoảng 1500 lần gia tốc trọng lực, chuyển động cơ học cường độ cao và thay đổi nhanh chóng như vậy là hiệu ứng rung cơ học của siêu âm điện.
Khi môi trường siêu âm không phải là môi trường phân lớp đồng nhất (như mô sinh học, cơ thể con người, v.v.), trở kháng âm của từng lớp môi trường sẽ khiến sóng âm phản xạ phản xạ và tạo thành sóng đứng. Các anton và nút của sóng đứng gây ra áp suất, lực căng và gia tốc thay đổi. Do khối lượng của các hạt phương tiện khác nhau (như phân tử sinh học) là khác nhau nên tốc độ rung do thay đổi áp suất là khác nhau và sự thay đổi áp suất do chuyển động tương đối giữa các hạt phương tiện là một lý do khác gây ra hiệu ứng cơ học siêu âm. Các hiệu ứng cơ học sử dụng siêu âm phải được xử lý (thủng, cắt, nén, tăng cường bề mặt, hàn, làm sạch, đánh bóng và loại bỏ các màng và bụi bẩn không mong muốn, v.v.), đồng thời cũng được sử dụng để tăng tốc độ phân tán, đồng nhất hóa, nhũ hóa và nghiền, Khử trùng và các quá trình khác.
Hiệu ứng cơ học của siêu âm đã được sử dụng rộng rãi trong sản xuất và có các ví dụ sau.
khuấy trộn cơ học
Rung động tần số cao và áp suất bức xạ siêu âm có thể hình thành sự khuấy trộn và dòng chảy hiệu quả trong khí và chất lỏng. Dòng phản lực mạnh và dòng vi hạt cục bộ được tạo ra bởi rung động bong bóng tạo bọt trên bề mặt rắn có thể làm suy yếu đáng kể sức căng bề mặt và ma sát của chất lỏng, đồng thời phá hủy lớp gắn liền của giao diện rắn-lỏng, do đó nó không thể chạm tới mức thấp thông thường -khuấy động cơ học tần số. tác dụng. Hiệu ứng này là cơ sở vật lý cho việc ứng dụng thuốc qua da người, các sản phẩm làm đẹp vào da người, khử khí siêu âm, san lấp và tinh chế thực phẩm và mỹ phẩm.
Khuếch tán xen kẽ
Hiệu ứng áp suất và nhiệt độ cao của rung động và tạo bọt siêu âm được sử dụng để thúc đẩy sự xâm nhập lẫn nhau của các phân tử giữa hai chất lỏng, hai chất rắn hoặc các giao diện lỏng-rắn và khí-lỏng để hình thành các đặc tính vật liệu mới. Hàn siêu âm kim loại hoặc nhựa, nhũ hóa siêu âm, làm sạch, nguyên tử hóa có thể được phân loại là những hiệu ứng như vậy.
Đồng nhất hóa
Sau khi các bong bóng tạo bọt được đóng lại, sóng xung kích cục bộ có thể nghiền nát các hạt trong chất lỏng để làm cho nó mịn hơn; làm đồng phục pha lê; phân tán các giọt sữa lớn và không đồng đều thành các chất đồng nhất nhỏ (như chất tương phản y tế, chất điều trị ung thư, v.v.); Nó thậm chí có thể bao gồm tan huyết khối và các tác dụng khác.
sự gắn kết
Rung siêu âm có thể làm cho các hạt lơ lửng trong môi trường khí và lỏng di chuyển với tốc độ khác nhau, làm tăng khả năng va chạm pha; hoặc dùng sóng đứng làm chúng có xu hướng di chuyển về phía các antinode, từ đó xảy ra quá trình kết tụ. Việc thu gom bụi trong ống khói và mưa nhân tạo thuộc loại này.
Hành động cắt cơ khí
Do sự gia tốc lớn của rung động siêu âm và ảnh hưởng của xâm thực và ăn mòn âm thanh, có thể thực hiện xử lý đặc biệt và chính xác các vật liệu cứng và giòn (đá quý, gốm sứ, thủy tinh, thép từ tính, v.v.).
đập vỡ
Việc sử dụng xung siêu âm cường độ cao có thể nghiền nát sỏi thận, sỏi mật trong cơ thể mà không làm tổn thương các mô mềm.
