Ses bilgisi: Ses bir mekanik dalgadır. Ses verebilen herhangi bir sisteme ses kaynağı, ses kaynaklarının ses vermekteyken yaptıkları hareketlere ses titreşimleri, bu hareketlerde bir tam titreşim süresine ses titreşimin periyodu ve saniyedeki devir sayısına sesin frekansı (sıklığı) denir.
Ses bir titreşim hareketinden meydana gelir. Bunun tersi ise her zaman doğru değildir. Yani her titreşim hareketi muhakkak bir ses meydana getirmez.
Ses dört kategoride sınıflandırılabilir:
—İnfrases (infrasound): Frekansı 0 ile 20Hz arasındadır.
—Duyulabilir ses (Audible sound): Frekansı 20Hz ile 20000Hz (20kHz) arasındadır.
—Ultrases (Ultrasound): Frekansı 20000Hz ile 1GHz (10^9Hz) arasındadır.
—Hiperses: 10^9Hz’den yukarı olan sestir.
Ses dalgalarının hızı ortamın sıkışabilirliği ve yoğunluğuna bağlıdır. Az sıkışabilir madde sesi daha hızlı iletir. Buna göre ses en hızlı katılarda en yavaş gazlar içerisinde iletilir. Havadaki ses hızı ortalama olarak 331m/s’ dir.
Ultrasesin Üretilmesi
Ultrases üretiminde bir teli, bir zarı titreştirmek gibi işitilebilir ses üretim yöntemlerine benzer birçok mekanik yöntem olmasına rağmen ultrases üretiminde piezoelektrik olaylardan yararlanılır. Piezoelektrik olay basitçe, üzerine mekanik bir basınç uygulanan bazı kristal ve seramik malzemelerde bir elektriksel gerilimin oluşması anlamına gelir. Malzeme genişleyip daralarak titreşir ve ses oluşturur. Piezoelektrik olay çift yönlüdür; Ters piezoelektrik olayla ultrases elde edilir, sistem verici olarak kullanılır. Normal piezoelektrik olayla ultrases algılanır, sistem alıcı olarak kullanılır. Elektrik enerjisini mekanik enerjiye, mekanik enerjiyi elektrik enerjisine çeviren aletlere Transduser denir.
Ultrasonik Muayene Yöntemleri
Farklı akustik dirence sahip iki ortamın oluşturduğu arakesite varan bir ultrasonik dalga kısmen ikinci ortama geçer. Ultrasonik muayene ile malzeme içinde farklı akustik dirençli bir hatanın saptanmasında, ses dalgasının yansıyan veya geçen kısmının ölçülmesi esasına dayanan iki farklı test yöntemi kullanılır.
1) Puls-Eko (yankı) yöntemi: Bu yöntemde hatanın belirlenmesi, ultrasonik dalganın yansıyan kısmının kullanılmasıyla gerçekleştirilir. Burada bir Transduser hem alıcı hem de verici olarak görev yapar. Çok kısa elektrik pulslarının transdusere uygulanmasıyla üretilen ultrasonik dalga malzeme içine gönderilir. Dalga malzeme içinde ilerlerken aynı transduser alıcı olarak çalışmaya başlar. Arka cidardan yansıyan ultrasonik dalga transdusere ulaştığında mekanik titreşimler elektrik pulslarına dönüştürülür. Bu şekilde ultrasonik dalgaların azalan genlikte malzeme içinde yansımalarıyla Ekranda bir dizi ardışık arka cidar yankıları elde edilir. Yankılar arasındaki geçen zaman aralığı Katot ışınları tüpü ekranında ölçülebildiğinden, yatay skaladan hatanın yeri, düşey skaladan da hata büyüklüğü ve derinliği hakkında bilgi elde edinilebilir.
Puls-eko yönteminde hata saptanması
2) Doğrudan iletim yöntemi: Bu yöntemde ise test parçasının bir yüzüne verici transduser, diğer yüzüne ise alıcı transduser yerleştirilerek ultrasonik dalgalar malzeme içine gönderilir. Nüfuz ederek malzemeyi geçen dalga huzmesinin genliği ölçülür. Böylece malzemenin içyapısı hakkında bilgi edinilir. Bu yöntemle hatanın yüzey derinliği tayin edilemez.
ULTRASESİN ETKİLERİ
Fiziksel etkileri:
a)Kabarcık oluşumu: Yeterince büyük şiddetli ultrases dalgaları sıvılarda kabarcıklanma yaratır. Bu yol ile sıvı içinde bulunan katı cisimciklerin ve bakterilerin parçalanması sağlanır.
b)Isı etkisi: Farklı ortamlarda ve farklı ultrases dalgaları ile yapılan deneyler, ses titreşim enerjisinin ısı enerjisine dönüştüğünü ve ortamın ısındığını göstermiştir.
c)Sis oluşumu: Bir sıvı içinde ilerleyen şiddetli bir ultrases dalgası hava-sıvı sınırında yansıdığı zaman sıvı molekülleri püskürür ve sıvı yüzeyinde bir sis tabakası gözlenir.
d)Gazdan arıtma: Bazı durumlarda katı ve sıvı içinde çözünmüş bulunan gazların arıtılması gerekebilir. Bu amaçla gazdan arıtılmak istenen madde ultrasese tabi tutulur.
Kimyasal etkileri:
Reaksiyon hızlanması, oksitlenme, bileşim bozulması, kristallenme, kaynama sıcaklığı değişmesi, molekül zincirlerinin parçalanması…
Biyolojik etkileri:
a)Isı etkisi: Ultrasese maruz kalmış bir organın sıcaklığının arttığı gözlemlenir.
b)Mikro masaj etkisi: Ultrases bir organda yayılırken hücre grupları periyodik basınç değişimine maruz kalır. Bu olaya sesin mikro masaj etkisi denir.
c)Elektriksel etkisi: Bazı protein veya selüloz molekülleri gibi iri biyolojik moleküller piezoelektrik olayı gösterirler. Ultrasesin oluşturduğu basınç değişimi iri biyolojik parçacıkların elektriksel kutuplanmasına yol açar.
d)İvme etkisi: Ultrases titreşimini alan bir ortam parçacığı oldukça büyük mekanik ivme ile titreşir.
Ultrasesin Kullanım Alanları
Sanayide Kullanımı:
—Metalleri ince toz haline getirmek.
—Çok ince tanecikli fotoğraf emülsiyonları hazırlamak.
—Cıva, altın.. vs‘i gaz ve sıvılarda süspansiyon haline getirmek.
—Özel metal alaşımları yapmak.
—Gaz karışımlarından gazları ayırmak.
—Fabrikaların kirli gaz ve suları içinde süspansiyon halinde bulunan maddeleri çökerterek kurtarmak.
—Fabrika bacalarından çıkan gazları temizleyerek çevre havasının kirlenmesini önlemek.
—Tekstil, metal kaplama, saatçilik gibi aşırı temizlik isteyen sanayi kollarında temizleme işlemini yapmak.
—Meşrubat sanayinde şarabı eskitmek, birayı yabancı mayalardan arıtmak, şuruplarda enzimleri glikoz gibi diğer ürünlere dönüştürmek, sütü sterilize etmek.
—Sert maddeleri delmek ve işlemek üzere ultrasesli matkaplar yapmak.
—Elektrik ve elektrik sanayisinde ultrasesli kaynak makineleri, elektronik geciktirme kanalları yapmak.
—Dökümcülükte erimiş metalleri gazdan arıtmak, kristal büyümesini kontrol etmek.
—Ultrasesli hızölçerleri yapmak.
—Ultrasonik çamaşır ve bulaşık makineleri.
—Deniz dibi haritalarını çıkarmakta kullanılan Sonar Cihazları ve Denizaltı gemilerin çevrelerini kontrol etmek için kullandıkları aletler ultrasonik dalgalarla çalışan bir cins radardır.
—Deniz yolu ile ihracat esnasında uzun süreli depolamalarda meyve ve sebzelerin olgunluğu, tahribatsız olarak, ultrases ile yapılır.
Tıpta Kullanımı:
Ultrases (ultrason) cihazları tıpta yaygın olarak kullanılan ve doktorların ilk başvurduğu teşhis etme cihazıdır. Genelde tıpta kullanılan ultrases cihazı puls-eko ve Doppler kayması yöntemine dayanır. Ultrases cihazlarının kullanıldığı yönteme “ultrasonografi” denir. Ultrasonografi, yumuşak dokuları inceleyen bir metoddur. Morfolojik bilgiler verir. Sıvı-katı ayrımını çok iyi yapar. Sesin frekansı, dokunun absorbsiyon katsayısı ve dokunun kalınlığı ile doğru orantılıdır. Suyun absorbsiyon katsayısı çok düşük, kemiğin ise çok yüksektir. Bu nedenle ses sıvılardan zayıflamadan geçer.
Ultrases cihazının iki ana parçası vardır; ana ünite ve transduser. Tetkik esnasında incelenen vücut alanına konan parça transduserdir. Transduserden çıkan ses dalgaları vücut içinde yansır ve tekrar transdusere gelir, buradan da ekrana görüntü aktarılır. Oluşan görüntüye “sonogram” denir.
Ultrases metoduyla genelde yumuşak doku olan karaciğer, dalak, pankreas, böbrekler incelenir. Ayrıca hamile bayanlarda fetüs gelişimi ultrases ile takip edilir.
Buna karşılık kemik gibi absorbsiyon katsayısı yüksek ve akciğer gibi hava içeren organlarda yeterli veri elde edilemez.
Yrd. Doç. Dr. Hatice Güzel’in "Fizik Uygulamaları Dersi" ders notlarından derlenmiştir.
