Ultrasò

De la Viquipèdia, l'enciclopèdia lliure

Un ultrasò és una vibració de la mateixa natura que el so, és a dir, composta d'ones mecàniques de pressió, però d'una freqüència superior a la màxima audible per a l'orella humana, que és 20 kHz.[1][2][3] El mot "ultrasò" prové del prefix llatí ultra-, que significa, "en grau extrem", i de so.

Història[modifica]

Els ultrasons no són un invent descobert per l'home, si no un esdeveniment físic natural que pot ser provocat de forma artificial per l'home.Les aplicacions que té avui en dia no són res més que la suma de diversos experiments duts a terme al llarg de la història.

Al segle XVIII, l'any 1700, el biòleg italià Lazzaro Spallanzani va descobrir l'existència d'aquestes ones sonores, observant com les ratapinyades atrapaven les seves preses.[4]

Xiulet de Galton, primer aparell emissor d'ultrasons

A la primera meitat del segle XIX (1803-1899), el físic i matemàtic austríac Christian Andreas Doppler va donar a conèixer el seu treball sobre l'"Efecte Doppler" el qual consistia a observar certes propietats de la llum en moviment, que eren aplicables a les ones de l'ultrasò.[4]

El segle XIX suposa l'inici del coneixement de l'ultrasò a partir del xiulet de Galton + i del diapasó, que eren capaços de produir-ho; encara que només es produïen a molt baixes freqüències, n'hi havia prou per comprovar les diferents barreres existents a l'orella entre l'home i els animals. A finals de segle, a França es detecten aquesta mena d'ones i es comencen a fer nombroses investigacions sobre els seus usos. Com a conseqüència a principis del segle XX el físic francès P. Langevin i el Dr. C. Chilowsky van aconseguir desenvolupar el primer generador ultrasònic per mitjà d'un piezoelèctric.[5]

Al començament del segle xx, es realitza una de les primeres aplicacions a l'àrea de la marina, després que el físic francès Paul Langevin inventés el Sonar, en el qual es va basar el posterior desenvolupament dels equips usats a l'aviació i després en medicina terapèutica i diagnòstica.

El 1924 el científic rus S. I. Sokolov va proposar l'ús de l'ultrasò com a mecanisme vàlid per a la inspecció industrial, particularment per a la recerca de defectes.[5]

Al final de la Segona Guerra Mundial, investigadors japonesos, americans i d'altres països europeus van començar a desenvolupar els primers prototips de diagnòstic per ultrasò en medicina, primer en mode Analogue i posteriorment en mode Bright' ' amb imatge analògica.[4][5]

És al començament de la dècada dels anys 70 on s'introdueix el scan converter amb què s'aconsegueixen les primeres imatges de l'anatomia en escala de grisos. Anys més tard, s'agreguen els microprocessadors controlats, cosa que permet l'obtenció d'imatges en temps real d'alta resolució; això va suposar l'acceleració de proves diagnòstiques i una fantàstica acceptació clínica.

Ultrasons naturals[modifica]

Dofí

Els primers ultrasons emesos per animals foren detectats en la dècada de 1930 pel físic de la Universitat Harvard, George Washington Pierce (1872-1956), que havia inventat un aparell per emetre i detectar ultrasons. Aquests primers ultrasons foren detectats en grills.[4] Posteriorment es descobrí que d'altres animals poden sentir-los, és el cas dels gossos, que poden percebre ultrasons de fins a 50 kHz o els ratolins que els detecten fins a 100 kHz; i fins i tot n'hi ha que els empren com a mètode de localització d'obstacles o de preses, és els cas dels ratpenats o dels dofins, aquests detecten ultrasons fins als 150 kHz.[6] Malgrat els poden percebre algunes freqüències els resulten doloroses, la qual cosa s'empra per espantar-los. Entre 13,5 kHz i 19,5 kHz espanta rates, ratolins, cans i guineus, entre altres; entre 19,5 kHz i 24,5 kHz repel·leix gats, ossos rentadors, teixons i mofetes; entre 24,5 kHz i 45,5 kHz s'empra contra ratapinyades i ocells.[7]

Ratpenat

Els senyals d'ultrasò utilitzades pels ratpenats es divideixen en tres categories principals:

  1. Els anomenats clics curts (espetecs).
  2. Polsos d'escombrat de freqüència.
  3. Polsos de freqüència constant.

Hi ha dos subordres de ratpenats, megaquirópters i microquiròpters, que es diferencien per la manera d'emprar els ultrasons. Els primers usen els clics curts, els segons utilitzen els altres dos. Els clics amb la boca, produeixen parells de clics separats un temps d'uns 30 ms, amb 140-430 ms entre parells, amb una freqüència d'escombrat entre 10 kHz i 60 kHz. Un tipus de ratpenats, els verspertiliònids, tenen polsos d'escombrat de freqüència de 78 kHz a 39 kHz a 2,3 ms. Emet polsos de 8 a 15 vegades per segon, però pot augmentar a 150-200 / s quan ha de fer una maniobra difícil.[4]

Aplicacions[modifica]

Vaixell explorant el fons marí mitjançant un sonar

El primer a donar-ne una aplicació pràctica fou el físic francès Paul Langevin (1872-1946), que concebé un mètode (que posteriorment donà lloc al sonar) per a la detecció de submarins, basat en l'emissió d'ultrasons i la recepció dels ecos provinents de la reflexió dels raigs emesos en els objectes. La distància a què es troba l'objecte de la font emissora es pot calcular a partir del temps que es triga a rebre l'eco i de la velocitat de propagació de l'ona ultrasonora dins de l'aigua, que és de 1450 m/s. És la mateixa tècnica que empren els dofins per orientar-se.[8]

El mètode principal d'obtenció d'ultrasons consisteix en la vibració d'un cristall de quars, produïda per un fenomen invers a l'efecte piezoelèctric, en aplicar-li un camp elèctric altern. Hom arriba a produir ultrasons de 600 MHz de freqüència, que, en l'aire, correspon a longituds d'ona d'uns 0,5 μm.[9]

Els ultrasons són emprats en la determinació de la velocitat del so en un medi, en la detecció de discontinuïtats en un sòlid i en la mesura de gruixos i distàncies, especialment en les sondes per a mesurar la profunditat de la mar i per a detectar els vols de peixos, els submarins, etc, en la mesura industrial del gruix de les peces metàl·liques i la detecció de bombolles, bufats, esquerdes i d'altres defectes interns, en l'homogeneïtzació de dissolucions i d'emulsions, en la dissipació de la boira i coagulació d'aerosols, en l'activació de reaccions químiques, en la soldadura de peces metàl·liques, etc.[9]

El fet que els ultrasons es puguin propagar dins del cos humà i que, a més, siguin innocus ha motivat que s'utilitzin àmpliament amb finalitats mèdiques. D'altra banda, el canvi de velocitat de propagació segons el medi permet diverses aplicacions en imatgeria, com ara l'ecografia, que empra ultrasons entre 1 MHz i 10 MHz.[10] Els ultrasons també poden ser utilitzats per a mesurar les velocitats d'objectes mòbils. Aquesta aplicació es basa en l'efecte Doppler, fenomen pel qual la freqüència dels ecos es modifica en funció de la velocitat de desplaçament de l'objecte.[8]

Referències[modifica]

A Wikimedia Commons hi ha contingut multimèdia relatiu a: Ultrasò
  1. «Ultrasò». Gran Enciclopèdia Catalana. Barcelona: Grup Enciclopèdia Catalana.
  2. «Ultrasò». Diccionari de la llengua catalana de l'IEC. Institut d'Estudis Catalans.
  3. Codina i Banti, Joan; Muñoz Chaín, José Luis. Programació multimèdia. Univ. Autònoma de Barcelona, 2011, p. 20. ISBN 8449026369. 
  4. 4,0 4,1 4,2 4,3 4,4 «Historia del Ultrasonido: El Caso Chileno». , 2004. 10.4067/S0717-93082004000200008 [Consulta: 9 setembre 2016].
  5. 5,0 5,1 5,2 «Fundamentos teórico-prácticos del ultrasonido». 30 de abril de 2007, 21-09-2006 [Consulta: 9 setembre 2016].
  6. Buceta Fernández, J.; Koroutcheva, E.R.; Ruiz Pastor, J.M.. Temas de biofísica (en castellà). Editorial UNED, 2012-06-01. ISBN 9788436263237. 
  7. «Repelente de Gatos, Kaifire Solar Ahuyentador Ultrasónico para Animales». [Consulta: 19 gener 2019].
  8. 8,0 8,1 «Ultrasò». Gran Enciclopèdia de la Música. Enciclopèdia Catalana.
  9. 9,0 9,1 «ultrasò | enciclopèdia.cat». [Consulta: 18 gener 2019].
  10. Schmidt, Günter. Ecografía: De la imagen al diagnóstico (en castellà). Ed. Médica Panamericana, 2007-12. ISBN 9788498351545.