Υπέρηχοι, μια μορφή ήχων που δεν τους ακούμε αλλά μας προσφέρουν σιωπηρά αναρίθμητες εφαρμογές.

Transcript

1 1 ο Λύκειο Ευόσμου Τμήμα: Β 5 Σχολικό έτος: Β Τετράμηνο ΠΑΡΟΥΣΙΑΣΗ ΕΡΕΥΝΗΤΙΚΗΣ ΕΡΓΑΣΙΑΣ ΜΕ ΘΕΜΑ: Υπέρηχοι, μια μορφή ήχων που δεν τους ακούμε αλλά μας προσφέρουν σιωπηρά αναρίθμητες εφαρμογές. ΘΕΣΣΑΛΟΝΙΚΗ, ΙΑΝΟΥΑΡΙΟΣ 2014

2 H ιστορία, η εξέλιξη και η εφαρμογή των υπερήχων ανά τα έτη. ΟΜΑΔΑ: Οι Ακατανόμαστοι ΤΜΗΜΑ: Β5 ΜΕΛΗ ΟΜΑΔΑΣ: Σοφία Στάικου, Έλενα Τομπουλίδου, Λίζα Σουπλή, Έλτον Τσότα, Κώστας Τζιώλης, Ευαγγελία Στρουμπάκη ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ : κ. Παπαγεωργίου

3 ΜΙΑ ΑΝΑΔΡΟΜΗ ΣΤΗΝ ΙΣΤΟΡΙΑ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ Η πρώτη χρήση των υπερήχων έγινε το 1826 από τον φυσικό επιστήμονα Jan- Daniel Colladon που χρησιμοποίησε τον θαλάσσιο κώδωνα. Ο Jan- Daniel Colladon με πειράματα απέδειξε πως ο ήχος ταξιδεύει πάνω από τέσσερις φορές πιο γρήγορα στο νερό από ότι στον αέρα. Μέχρι το 1880 με την συμβολή πολλών λαμπρών επιστημόνων θεμελιώθηκαν οι αρχές της μετάδοσης και ανάκλασης των ηχητικών κυμάτων και οι ανάλογες μαθηματικές εξισώσεις.

4 SOΝΑR Υποθαλάσσια συστήματα ανίχνευσης Χρησιμοποιήθηκαν το Β Παγκόσμιο Πόλεμο για την πλοήγηση υποβρυχίων Αποσκοπούν: 1. Ανίχνευση διαφόρων υποβρυχίων σκαφών 2. Ακουστική χαρτογράφηση του βυθού 3. Υποθαλάσσιες επικοινωνίες

5 SONAR Συχνότητα εκπομπής: Προσδιορίζει την ποιότητα με την οποία μεταφέρονται οι πληροφορίες του ανακλώμενου σήματος sonar στην οθόνη μας. Τα sonar εκπέμπουν σε συχνότητες μεταξύ 50KΗz και 300KΗz

6 ΥΔΡΟΦΩΝΟ Μια συσκευή που χρησιμοποιείται για τη λήψη ηχητικών κυμάτων (πίεσης) μέσα στο νερό. Ο συνηθέστερος τύπος αισθητήρα στα υποβρύχια. Λειτούργησαν με ηχητικά κύματα υψηλής συχνότητας περί τα 150ΚΗz τα οποία χρησιμοποιήθηκαν εκτεταμένα στην κατασκοπεία πλοίων και υποβρυχίων.

7 ΟΙ ΥΠΕΡΗΧΟΙ ΣΤΗΝ ΙΑΤΡΙΚΗ Εστιάζεται στην διάγνωση Θεραπευτικές μορφές

8 Η ΧΡΗΣΗ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ ΣΤΗΝ Υπερηχοτομογραφία ΙΑΤΡΙΚΗ Υπερηχογραφήματα: Προγεννητικά Κοιλίας

9 Συσκευές με υπερήχους Καθαρισμού: Αφαιρεί τους επίμονους ρίπους με τη δημιουργία φυσαλίδων. Σπηλαίωση

10 Εντομοαπωθητικά: Απωθούν διάφορα έντομα με δυνατούς υπέρηχους που εκπέμπουν.

11 Οι υπέρηχοι στα ζώα Μερικά από τα ζώα που επικοινωνούν με υπερήχους είναι: Δελφίνια Νυχτερίδες Φάλαινες

12 ΟΝΟΜΑ ΟΜΑΔΑΣ: U= a*t ΘΕΜΑ ΟΜΑΔΑΣ: ΥΠΕΡΗΧΟΙ ΚΑΙ Η ΜΑΓΕΙΑ ΤΗΣ ΦΥΣΙΚΗΣ ΜΕΛΗ ΟΜΑΔΑΣ: ΤΑΣΕΛΗ ΑΣΠΑ ΣΤΑΜΑΤΙΟΥ ΕΥΑ ΤΑΡΙΦΑ ΑΝΝΑ ΤΣΙΤΟΥΡΙΔΗΣ ΚΩΣΤΑΣ ΤΣΟΜΠΑΝΙΔΗΣ ΣΤΑΥΡΟΣ ΥΠΕΥΘΥΝΟΣ ΚΑΘΗΓΗΤΗΣ: ΧΡΗΣΤΟΣ ΠΑΠΑΓΕΩΓΙΟΥ

13 ΥΠΕΡΗΧΟΣ ΕΙΝΑΙ : Μία μορφή ενέργειας Αποτελείται από μηχανικές ταλαντώσεις Οι συχνότητες των μηχανικών ταλαντώσεων είναι υψηλότερες από το ακουστικό εύρος Μεταφέρουν ενέργεια στον χώρο

14 ΔΙΑΦΟΡΕΣ ΗΛΕΚΤΟΜΑΓΝΗΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ ΚΑΙ ΥΠΕΡΗΧΩΝ (ΑΚΟΥΣΤΙΚΩΝ ΚΥΜΑΤΩΝ) Μια ματιά στον τύπο.. 1 c ( 2 K ) p Οπού c= ταχύτητα διάδοσης υπερήχων, p= πυκνότητα, K= μέσο διάδοσης

15 ΔΙΑΔΟΣΗ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ Ήχοι : Διαμήκη ελαστικά κύματα που δημιουργούνται από τη περιοδική μεταβολή της πυκνότητας του υλικού μέσου, εντός του οποίου διαδίδονται. Διακρίνονται σε: 1. Υπόηχους (f<20 Hz) 2. Ακουστικούς ήχους (20Hz < f < 20KHz) 3. Υπέρηχους ( f> 20KHz)

16 Ενέργεια ανά μονάδα χρόνου που διαδίδεται μέσα από μία μοναδιαία επιφάνεια κάθετη στη διεύθυνση του κύματος. ΤΑΧΥΤΗΤΑ ΚΑΙ ΕΝΤΑΣΗ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ Η ταχύτητα διάδοσης του ήχου σε ένα υλικό δίνεται από τον παρακάτω τύπο: C Όπου Ε= το μέτρο της ελαστικότητας, Και d= πυκνότητα του υλικού d Ένταση υπερήχων είναι η ενέργεια ανά μονάδα χρόνου που διαδίδεται μέσα από μία μοναδιαία επιφάνεια κάθετη στη διεύθυνση του κύματος. Αλλά ισχύει όπως είδαμε και πριν : c 1 K ( ) 2 p

17 ΦΑΙΝΟΜΕΝΟ DΟPPLER Ονομάζεται. η παρατηρούμενη αλλαγή στη συχνότητα και το μήκος κύματος,ενός κύματος από παρατηρητή που βρίσκεται σε σχετική κίνηση με την πηγή των κυμάτων Το τελικό φαινόμενο Ντόπλερ προκύπτει είτε από την κίνηση του παρατηρητή, είτε από την κίνηση της πηγής, είτε και των δύο, ως προς το μέσο διάδοσης.

18 Για κύματα που διαδίδονται μέσα σε ένα υλικό η σχέση παρατηρούμενης συχνότητας και πραγματικής συχνότητας δίνεται από τον παρακάτω τύπο: Όπου u: ταχύτητα διάδοσης κύματος : ταχύτητα του παρατηρητή ως προς το μέσο διάδοσης : είναι η ταχύτητα της πηγής ως προς το μέσο διάδοσης

19 Κατά το φαινόμενο Doppler δεν αλλάζει η συχνότητα του εκπεμπόμενου κύματος αλλά η συχνότητα που αντιλαμβάνεται ο παρατηρητής Πηγή ακίνητηπαρατηρητής κινούμενος Πηγή κινούμενηπαρατηρητής ακίνητος Κινούμενη πηγή και παρατηρητής

20 EΦΑΡΜΟΓΕΣ DOPPLER

21 ΔΥΝΑΜΙΚΗ ΑΠΕΙΚΟΝΙΣΗ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ ΙΑΤΡΙΚΗ: Χρησιμοποιούνται στον τομέα της διάγνωσης Εφαρμογή και στον θεραπευτικό τομέα Εισαγωγή των υπερήχων στην φυσιοθεραπεία ΤΕΧΝΙΚΑ ΣΦΑΛΜΑΤΑ Σφάλματα διακριτικής ικανότητας Σφάλματα κατεύθυνσης Σφάλματα εξασθένησης Speckle Σφάλματα άλλης προέλευσης

22 ΕΠΙΔΡΑΣΕΙΣ ΤΩΝ ΥΠΕΡΗΧΩΝ ΣΤΟΝ ΑΝΘΡΩΠΟ ΚΑΙ ΣΤΗΝ ΦΥΣΗ

23 Η κατάχρηση των υπερήχων όμως μπορεί να δημιουργήσει προβλήματα όπως τα παρακάτω: Αποβολές Πρόωρος τοκετός Αύξηση ποσοστού καισαρικών τομών Αύξηση ποσοστού παρουσίασης αυτισμού Εμφάνιση δυσλεξίας Μειωμένο βάρος γέννησης Όλα τα παραπάνω έχουν ως σκοπό απλώς να επιστήσουν την προσοχή στην χρήση των υπερήχων

24 Μελέτες σε ζώα δείχνουν ότι οι νευρολογικές διαταραχές, διαταραχές στην συμπεριφορά, αναπτυξιακές, ανοσολογικές, αιματολογικές αλλαγές και μείωση του σωματικού βάρους μπορεί να προκύψουν από την έκθεση σε υπερήχους Παρόλα αυτά καμία χώρα δεν έχει κάνει κάτι για να αλλάξει την τρέχουσα κατάσταση

25 Ιατρική & Αισθητική εξέλιξη των υπερήχων Από τις μαθήτριες: Στέπκου Ελεονόρα Τούμπα Χρυσάνθη Τσάπανου Ευτυχία Τσάπανου Θωμαή

26 Τι είναι το υπερηχογράφημα; Ανώδυνη, ακίνδυνη και φιλική εξέταση. Λεπτομερείς πληροφορίες για το ανθρώπινο σώμα. Επαναλαμβάνεται όσες φορές χρειάζεται.

27

28 Που γίνονται τα υπερηχογραφήματα; Νεφρά Θυροειδής Καρδιά Μαστός Τράχηλος Προστάτης Όρχεις Πέος Ουροδόχος κύστη

29 1 ο τρίμηνο: Προβλήματα και ανωμαλίες Προσδιορισμός ηλικίας κύησης Εγκυμοσύνη

30 Υπέρηχοι στην αισθητική Φυσική μέθοδος διείσδυσης στην επιδερμίδα Εφαρμογή των υπερήχων Δύο σημαντικές ενέργειες μηχανική θερμική 1.Ενεργοποίηση μεταβολισμού των κυττάρων 2.Διευκόλυνση διείσδυσης δραστικών ουσιών σε υδατοδιαλυτό μέσο 3.Βελτίωση της μικροκυκλοφορίας 4.Αυξημένη διαπερατότητα των δερματικών ιστών.

31 Παράγοντες των υπερήχων Απορροφητικότητα Διεισδυτικότητα Αντανάκλαση Αντανάκλαση Συχνότητα Διάθλαση

32 Που χρησιμοποιούνται; Στο σώμα Μέθοδοι αδυνατίσματος MIRABELLA LINFA SYSTEM RF REALE INFRA BODY SYMBOL CUERPO F. CAVITATION Στο πρόσωπο LIFTING χωρίς νυστέρι BELLEZA FACE STIRAMENTO MESOTHERAPY FIGURA RF FACE FREQUENCY CAVITATION ΚΑΘΑΡΙΣΜΟΣ SONY

33 Η ΕΡΓΑΣΙΑ ΕΓΙΝΕ ΑΠΟ ΤΟΥΣ: Τσαλή Νικόλαο Τύπο Πέτρο Σπυριάδη Χαράλαμπο Σιώσιο Γιώργο

34

35 Απλός πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας υπερήχων Πιεζοηλεκτρικός αισθητήρας υπερήχων ενσωματωμένος σε ένα ηλεκτρονικό κύκλωμα.

36 Αισθητήρας υπερήχων για την μέτρηση στάθμης υγρών. Αισθητήρας υπερήχων PING που μετράει απόσταση.

37

38

39

40 Ψηφιακή απεικόνιση για τον τρόπο λειτουργίας ενός αισθητήρας παρκαρίσματος.

41

42

43 .

44

45 Εφαρμογή υπερήχων με τη κατασκευή υπερηχητικού κουδουνιού

46 Εισαγωγή Η αφορμή για την εργασία ήταν η εντολή του κύριου διευθυντή Μακάριου στον καθηγητή κύριο Παπαγεωργίου και στους μαθητές, να κατασκευαστεί σχολικό κουδούνι με υλικά που ήδη υπάρχουν στο εργαστήριο.

47 Πλεονεκτήματα 1) Να αποφύγουμε την καλωδίωση. 2) Επειδή το ο διακόπτης του κουδουνιού βρίσκεται πολύ κοντά στο εργαστήριο φυσικών επιστημών όπου πραγματοποιούνται πολύ ευαίσθητες μετρήσεις, κάθε είδους κουδούνι με ηλεκτρομαγνητική σύνδεση θα προκαλούσε παρεμβολή και αλλοίωση των μετρήσεων, ενώ αντίθετα ένα κύμα υπερήχων διαδίδεται χωρίς καμία παρεμβολή σε ευαίσθητα μηχανήματα.

48 Μια πρωτότυπη κατασκευή Αναζητήσαμε εάν υπάρχει ήδη εφαρμογή υπερήχων σε κουδούνι και καταλήξαμε στο συμπέρασμα ότι είναι μια πρωτότυπη εργασία.

49 ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ ΚΑΤΑΣΚΕΥΗΣ ΤΟΥ ΥΠΕΡΗΧΗΤΙΚΟΥ ΚΟΥΔΟΥΝΙΟΥ

50 Πομπός Αρχικά ο πομπός χρειαζόταν ενίσχυση ώστε να καλυφθεί η προαπαιτούμενη απόσταση μεταξύ αυτού και του δέκτη. Χρησιμοποιώντας πύλες αναστροφείς των οποίων η ιδιότητα είναι να δίνουν ενισχυμένο ρεύμα. Σύμφωνα με το δίπλα σχέδιο. Καταφέραμε να βελτιώσουμε το πλάτος του σήματος του πομπού κατά 50 %.

51 Η τελική μορφή του πομπού :

52 Δέκτης Εκτός από τον πομπό ενίσχυση επίσης χρειαζόταν και ο δέκτης. Με τη χρήση τελεστικού ενισχυτή καταφέραμε να ενισχύσουμε το σήμα και χρησιμοποιήσαμε φίλτρο υπερήχων ώστε να λαμβάνουμε μόνο τη συχνότητα των 40 khz στην οποία εκπέμπουμε και να μην έχουμε παρεμβολές.

53 Η τελική μορφή του δέκτη :

54 Ευχαριστήρια Θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον κύριο Παπαγεωργίου ο οποίος καθ όλη την διάρκεια της εργασίας μας παρείχε την πολύτιμη βοήθεια του, πληροφορίες, τον χώρο εργασίας μας, καθώς και τα υλικά με τα οποία δουλέψαμε. Επίσης, θα θέλαμε να ευχαριστήσουμε τον κύριο Εμμανουηλίδη Αντώνη για την βοήθεια του