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
Les avantages d'acheter des résumés chez Stuvia:
Qualité garantie par les avis des clients
Les clients de Stuvia ont évalués plus de 700 000 résumés. C'est comme ça que vous savez que vous achetez les meilleurs documents.
L’achat facile et rapide
Vous pouvez payer rapidement avec iDeal, carte de crédit ou Stuvia-crédit pour les résumés. Il n'y a pas d'adhésion nécessaire.
Focus sur l’essentiel
Vos camarades écrivent eux-mêmes les notes d’étude, c’est pourquoi les documents sont toujours fiables et à jour. Cela garantit que vous arrivez rapidement au coeur du matériel.
Foire aux questions
Qu'est-ce que j'obtiens en achetant ce document ?
Vous obtenez un PDF, disponible immédiatement après votre achat. Le document acheté est accessible à tout moment, n'importe où et indéfiniment via votre profil.
Garantie de remboursement : comment ça marche ?
Notre garantie de satisfaction garantit que vous trouverez toujours un document d'étude qui vous convient. Vous remplissez un formulaire et notre équipe du service client s'occupe du reste.
Auprès de qui est-ce que j'achète ce résumé ?
Stuvia est une place de marché. Alors, vous n'achetez donc pas ce document chez nous, mais auprès du vendeur lauraheyndrickx. Stuvia facilite les paiements au vendeur.
Est-ce que j'aurai un abonnement?
Non, vous n'achetez ce résumé que pour €5,99. Vous n'êtes lié à rien après votre achat.
