ULTRA SOM

Eng David M Risnik

VIBRAÇÕES MECANICAS

A propagação de um sinal pode se dar no campo "elétrico" = sinais de RF (radio frequencia) ou "mecanico" = vibração do meio . A esta ultima estrutura damos o nome de ULTRA SOM em referencia a propagação das ondas sonoras (áudio ou som) . Pode parecer um tanto estranho dizer-se propagação mecanica de um sinal , mas este é o processo que realmente ocorre quando aplicamos a um material qualquer "deformação" cíclica .

ELASTICIDADE

Todo material é constituido por átomos e moléculas que formam uma extrutura de ligação mais ou menos elásticas entre si. Assim , em repouso , as forças (eletrostáticas) que une as moléculas do material encontram-se equilibradas . Se por qualquer motivo , este repouso é forçado mecanicamente (deformação), a tendencia dessas forças internas é a de recompor o equilibrio , dai o designação de elasticidade.

Quando aplicamos uma deformação ciclica (vibração) ao material , ela se "propaga" viajando em ondas de deformações percorrendo toda sua extensão . Dizemos que esta propagação se da a uma VELOCIDADE bem especifica , que é definida pela elasticidade do material .

O AR

O ar pode ser considerado um meio elástico para propagação mecanica de uma vibração ? Evidente: a maior prova disto temos quando "ouvimos" um som ! O som nada mais é do que uma vibração mecanica que se propaga elasticamente pelo ar , a uma velocidade média de 344 metros por segundo a temperatura de 20 graus . As frequencias que podemos "ouvir" encontram-se na faixa de 20 a 20.000 Hertz (aproximadamente), acima disto nossos ouvidos ja não mais percebem estas vibrações , MESMO QUE ELAS EXISTAM , e se propaguem pelo ar . As frequencias superiores a 20.000 Hertz são chamadas de ULTRASOM , e se propagam pelo ar semelhante a uma onda acustica , porém nos não as ouvimos mais ! .

DAMPING

Não obstante a existencia da propagação mecanica de uma vibração , existe um efeito contrario que impede ou  "limita" esta propagação : é o amortecimento ou damping . As moléculas (átomos) de um material estão presas umas as outras "elasticamente"  .  A vibração do ar é um processo de expansão e compressão (variação de pressão  ) que se propaga numa direção ( percurso ), com intensidade decrescente .  Considerando os materiais como "ideais" , dizemos que a propagação existe unicamente pelo efeito "mola" ou deformação elástica . Porem , em materiais "naturais" , sabemos que esta deformação elastica , nunca retoma suas caracteristicas inicias , ou seja , existe uma perda , ou "absorção" . Assim uma pressão inicial na fonte de transmissão é "abrandada" com o percurso . A atenuação é o decrescimo da intensidade (energia sonora) com a distancia . As frequencias mais altas apresentam maior amortecimento do que as mais baixas ! Assim , por exemplo um sinal de 20.000 Hertz vai chegar mais "longe" do que um sinal de mesma intensidade com frequencia de  40.000  hertz. De forma geral podemos afirmar que o "damping" é proporcional ao quadrado da frequencia do sinal .

REFLEXÃO / IMPEDANCIA ACUSTICA / ÉCO

Assim como temos o conceito de impedancia na eletronica - a propriedade de um componente impedir mais ou menos a passagem de uma corrente eletrica , em acustica também definimos a impedancia de um material como sendo a propriedade que ele possue em  transmitir uma vibração  acustica com maior ou menor facilidade. A impedancia acustica de um material é definida como o produto da densidade pela velocidade acustica dele    Z = p.V . Quando dois materiais com impedancias acústicas diferentes são justapostos , a passagem de uma vibração mecanica (ondas sonoras) pode ser REFLETIDA  , assim: ao encontrar uma descontinuidade de impedancia acústica  ( impedance mismatch ) ocorre uma reflexão parcial ou total da ondas vibratorias . Acabamos de definir o É C O = um sinal sonoro que se propaga pelo ar , ao atingir um alvo (parede por exemplo) , se reflete e retorna . Para alterar a impedancia acústica de um material podemos por exemplo , alterar a sua densidade , tornando-o com maior "absorção" ou maior "transmissão" .

MEDINDO DISTANCIAS

 Como já disse , essas vibrações mecanicas viajam a uma determinada velocidade conhecida (v). Portanto podemos considerar que para percorrer "x" metros , essa onda vai gastar "um determinado tempo" (t) . Isto equivale a dizer que se "medirmos" o tempo gasto na "viajem" de um determinado sinal , e conhecendo a sua velocidade de propagação , poderemos calcular o "espaço" (S) que ela percorreu ! 

S = v.t

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