2. Свойства уз-волны и особенности ее распространения.

УЗ-волна, подобно звуковой, состоит из чередующихся участков сгущения и разряжения частиц среды. Скорость распространения УЗ-волны зависит от свойств среды. В воздухе составляет примерно 343,1 м/с, а в жидких средах 1500 м/с при температуре среды 20⁰С. Скорость звуковых волн зависит от температуры среды, в которой они распространяются.

Длина волны  зависит от частоты v, при увеличении частоты длина волны убывает, поэтому длина УЗ-волны значительно меньше чем звуковой волны, воспринимаемых человеческим ухом.

 = c/v

Например, в воде длины волн равны 1.4 м при частоте 1 кГц и 1,4мм при частоте 1 Мгц.

В средах с резко выраженными неоднородностями (размеры препятствий соизмеримы с длина волны) наблюдаются отклонение волны от прямолинейного распространения (явление дифракции). Если размеры препятствия больше длины волны, то за преградой образуется "УЗ-тень". Если же размеры препятствий меньше чем длина волны, то дифракционные явления выражены слабо и их можно не учитывать, следовательно УЗ-лучи распространяются направленным потоком и легко фокусируются.

Следовательно, вследствие малости длины ультразвуковой волны по сравнению с звуковых волнами в слышимом области, ультразвуки, подобно свету, могут излучаться в виде узких направленных пучков и на границе раздела двух сред их отражение и преломление происходит по законам геометрической оптики.

2.1. Отражение и преломление уз-волны на границе раздела двух сред.

Отражение УЗ на границе раздела сред зависит от соотношения волнового сопротивления сред.

Волновое сопротивление является характеристикой среды, определяющей условие отражения и преломления волн на границе сред. Волновое сопротивление среды равно произведению плотности среды -p и скорости распространения УЗ-волны -С.

Z = p С

Представим себе, что УЗ-волна падает нормально на границу раздела сред. Интенсивность падающей волны - I₁, интенсивность преломленной волны – I₂. Отношение I₂/ I₁=  называют коэффициент проникновения звуковой волны.

Коэффициентом проникновения звуковой волны называют величину равную отношению интенсивности преломленной волны к интенсивности падающей

волны. Рэлей показал, что:

  = (4c₁p₁/c₂p₂)/{ c₁p₁/c₂p₂+1}²

Из этой формулы видно, что если c₁p₁=c₂p₂, то коэффициент проникновения максимален и равен 1. В этом случае УЗ волны проходят во вторую среду без отражения. Если c₁p₁<<c₂p₂, то c₁p₁/c₂p₂<<1 и коэффициент проникновения  рассчитывается по формуле:  = (4c₁p₁/c₂p₂). В этом случае проникновение будет незначительное, а отражение УЗ-волны максимальное. Например, коэффициент проникновения на границе воздух-кожа составляет 0.08%. Если волновые сопротивления сред соизмеримы, то часть волнового потока отражается, а часть его проходит во вторую среду. В этом случае коэффициент проникновения рассчитывается по формуле Релея. Например, на границе глицерин-кожа коэффициент проникновения составляет 99,3%, а доля отраженной волны составляет 0.7%. Следовательно, если УЗ-излучатель приложить к коже человека, то ультразвук не проникает внутрь, т.к. практически полностью отражается от тонкого слоя воздуха между излучателем и кожей. При использовании водного желе, которым покрывают поверхность кожи, интенсивность преломленной (проникающей) волны наибольшая.

УЗ-волны обладают высокой отражательной способность на границе мышца-надкостница-кость, на поверхности полых органов.