Samenvatting fysica voor biom. onderzoek hoofdstuk 24
34 views 0 purchase
Course
Fysica voor biomedisch onderzoek
Institution
Universiteit Antwerpen (UA)
Samenvatting van het vak fysica voor biomedisch onderzoek
(fysica uit tweede semester 1BaBMW)
samenvatting op basis van de cursus, powerpoints en lesnota's (elke les aanwezig ook livelessen in coronatijden)
Hoofdstuk 24: akoestiek
Geluid
Hoorbare golven ontstaan door trillende snaren, luchtkolommen of platen en membranen
-> verstoren de omliggende luchtlagen
o Storingen planten zich voort als longitudinale golven
o Geluid zelf in een propagerende golf -> deeltjes zelf verplaatsen niet
Medium nodig voor voortplanten
o Geluid in vacuüm is niet hoorbaar
Geluidsgolf is een opeenvolging van overdrukken en onderdrukken
o Planten zich met een bepaalde snelheid voort
o Gekarakteriseerd door tijdsverloop luchtdruk (p lucht (x,y,z,t) op elke plaats (x,y,z) [Pa]
Verandering in luchtdruk is vaak veel kleiner dan statische atmosfeerdruk
-> geluidsdruk p(t) is variabel deel van luchtdruk: p(t) = p lucht(t) - patm
Waarden tussen 10-5 Pa (gehoordrempel) en 10² Pa (pijngrens) zijn relevant voor de mens
o Niet alle drukgolven zijn te horen door de mens
Frequentie bepaald de toon
o Hoe hoger de frequentie, hoe hoger de toon
o Indien zuiver sinusoïdale geluidsgolf -> zuivere toon
Akoestische impedantie
Stel een membraan van een luidspreken oscilleert met een snelheid u
→ u=u 0 sinωtωtt=u 0 sin 2 πftft
o Met u0 is de snelheidsamplitude en f is de frequentie
Indien frequentie tussen 20 en 20.000Hz ligt horen we geluid
Indien voldoende ver van de bron verwijdert -> vlakke golffronten
→ p= p0 sin(kx −ωtt )= p0 sin k (x−vt)
o Met p is de geluidsdruk met een amplitude p 0 en
v is de voortplantingssnelheid van storing in medium (geluidsnelheid)
Media als lucht, water, olie… zijn niet dispersief voor geluidstrillingen
-> geluidssnelheid v enkel bepaald door medium, onafhankelijk van frequentie f
o Voor fluïda geldt dan ook: p= ρvuvu
Met ρvu is de dichtheid van het medium en samen met v uitsluitend bepaald
door medium
Eenheid u is de deeltjessnelheid en is rechtevenredig aan geluidsdruk p
Snelheid van de deeltjes is niet de snelheid van de golf -> akoestische weerstand invoeren
p
o Akoestische weerstand = specifieke akoestische impedantie Z s = =ρvuv
u
kg
[ ]
m2 s
=[Rayl ]→ p=Z s u
Hoe denser het materiaal, hoe groter de impedantie
Bv: bot = 7,80*106 Rayl en lucht = 415 Rayl
1
, Reflectie en transmissie van geluid
Vlakke geluidsgolf valt loodrecht in en gaat over van medium 1
naar een ander medium 2 (bv: lucht → water)
Er zal een golf terugkaatsen in medium 1, een andere
golf zal in transmissie gaan in medium 2
-> 3 golven in totaal gevormd
Aan het grensoppervlak veranderen de
materiesnelheid u⃗ en de druk p continu (geen abrupte
overgang)
Voor de snelheden in richting inkomende golf geldt: u icosӨi -urcosӨr = utcosӨt
Voor de scalaire drukken geldt: pi + pr = pt
o Met i is voor inkomende, r is voor gereflecteerde en t voor golf in transmissie
pi p p p +p
→ cos Өi− r cos Өr = t cos Өt = i r
Z1 Z1 Z2 Z2
Vermenigvuldigen met Z1Z1
→ p i ( Z 2 cos Ө i −Z 1 cos Ө t ) =p r ( Z 1 cos Ө t + Z 2 cos Ө i )
pr Z 2 cos Өi−Z 1 cos Өt
→ =
pi Z 2 cos Өi + Z 1 cos Өt
pr Z 2−Z 1
Bij loodrechte inval geldt: Өi = Өr = Өt = 0° → =
pi Z 2+ Z 1
I r p 2r (Z 2−Z 1)²
Reflectiecoëfficiënt α r= = =
I i p 2i (Z 2 + Z1 )²
o Hoeveel van het geluid wordt gereflecteerd
4 Z1 Z2
Transmissiecoëfficiënt α t =1−α =
( Z 2+ Z 1) ²
o Hoeveel van het geluid gaat door het tweede medium
De vermogenoverdracht tussen twee systemen is maximaal wanneer de impedanties van beide
systemen gelijk zijn aan elkaar
Z1 = Z2 en αr = 0 en αt = 1
o Alle vermogen gaat zonder reflectie over van ene milieu naar andere
Toepassing: echografie
Geluid (2-10 MHz) gaat in de huid en gaat verder
o Bij elke overgang naar ander weefsel (bv: vat naar darmen) wordt er een deel
gereflecteerd -> wordt gemeten
Diepte kan bepaald worden door tijd te meten
= complex reconstructieproces
2
The benefits of buying summaries with Stuvia:
Guaranteed quality through customer reviews
Stuvia customers have reviewed more than 700,000 summaries. This how you know that you are buying the best documents.
Quick and easy check-out
You can quickly pay through credit card or Stuvia-credit for the summaries. There is no membership needed.
Focus on what matters
Your fellow students write the study notes themselves, which is why the documents are always reliable and up-to-date. This ensures you quickly get to the core!
Frequently asked questions
What do I get when I buy this document?
You get a PDF, available immediately after your purchase. The purchased document is accessible anytime, anywhere and indefinitely through your profile.
Satisfaction guarantee: how does it work?
Our satisfaction guarantee ensures that you always find a study document that suits you well. You fill out a form, and our customer service team takes care of the rest.
Who am I buying these notes from?
Stuvia is a marketplace, so you are not buying this document from us, but from seller lauraheyndrickx. Stuvia facilitates payment to the seller.
Will I be stuck with a subscription?
No, you only buy these notes for $6.43. You're not tied to anything after your purchase.
