Sound Waves and the Acoustic Spectrum | Ultrasound Physics | Radiology Physics Course #1
Introducción a la Física del Ultrasonido
Definición de Onda Sonora
- El Dr. Michael Nell introduce el módulo de física del ultrasonido, comenzando con una definición clara de lo que es una onda sonora.
- Se explica que el sonido es energía mecánica que se propaga a través de un medio elástico continuo mediante compresión y rarefacción.
Propiedades del Medio
- El sonido requiere un medio para propagarse; no puede viajar a través del vacío como la radiación electromagnética.
- La elasticidad del medio es crucial: las moléculas deben poder moverse, transferir energía y regresar a su posición original para permitir la propagación de ondas.
Comportamiento de las Ondas Sonoras
- Las ondas sonoras presentan regiones de compresión (alta presión) y rarefacción (baja presión), representadas gráficamente como una onda sinusoidal.
- Aunque la energía se transfiere, las moléculas en el medio no se desplazan completamente; oscilan en su lugar.
Características de las Ondas Sonoras
Longitud de Onda y Frecuencia
- La longitud de onda se define como la distancia entre regiones sucesivas en una onda, ya sea compresión o rarefacción.
- La frecuencia mide cuántos ciclos pasan por un punto en un tiempo determinado, expresada en hertzios (Hz).
Velocidad del Sonido
- A diferencia de la radiación electromagnética, donde la velocidad es constante, la velocidad del sonido depende del medio por el cual viaja.
- La frecuencia puede ser controlada (por ejemplo, al hablar o usar un transductor ultrasónico), pero la velocidad cambia según el material.
Diferencias entre Radiación Electromagnética y Ondas Sonoras
Espectro Acústico vs. Espectro Electromagnético
- Se discuten diferencias sutiles entre cómo interactúan las ondas sonoras y electromagnéticas con los tejidos biológicos.
- En radiación electromagnética, se clasifica por longitud de onda debido a su velocidad constante; sin embargo, para el sonido, esta clasificación depende del material.
Implicaciones Prácticas
¿Cómo se relacionan la frecuencia y la longitud de onda en las ondas acústicas?
Cambios en la relación entre longitud de onda y frecuencia
- La relación entre longitud de onda y frecuencia no es constante si el material cambia, como ocurre en la radiación electromagnética. Por lo tanto, utilizamos la frecuencia para clasificar el espectro acústico.
Rango del sonido audible
- El sonido audible se encuentra entre 20 Hertz y 20 kilohertz (20,000 Hertz), que corresponde a 20 ciclos de una onda pasando por un punto en un segundo hasta 20,000 ciclos. Las frecuencias inferiores a esto son conocidas como infrasonido.
Ultrasonido y su aplicación
- Las frecuencias superiores a 20,000 Hertz se denominan ultrasonido. El ultrasonido diagnóstico opera entre 2 y 20 megahercios (2 a 20 millones de Hertz), lo que implica ondas de alta frecuencia.
Representación gráfica de ondas
- Las ondas electromagnéticas son ondas transversales que pueden viajar en el vacío sin necesidad de un medio. Su velocidad es constante independientemente de la frecuencia o longitud de onda.
Diferencias entre ondas acústicas y electromagnéticas
- A diferencia de las ondas electromagnéticas, las ondas sonoras son longitudinales; el movimiento dentro del medio ocurre en la misma dirección que el movimiento energético. Esto significa que requieren un medio continuo y elástico para propagarse.
Propagación del sonido en diferentes medios