Il suono è l’oscillazione di pressione di un mezzo, come l’aria o l’acqua. La lunghezza d’onda del suono varia con la temperatura, il mezzo e l’energia iniziale. Ultrasuoni si riferisce a lunghezze d’onda al di sopra della gamma dell’udito umano, circa 20,000 kilohertz. Molte applicazioni ultrasoniche utilizzano le vibrazioni meccaniche del suono per distruggere la struttura cellulare o particellare. Altre applicazioni utilizzano il riflesso delle onde sonore per rilevare o osservare oggetti.
Le applicazioni ad ultrasuoni derivano dalle proprietà del suono. Il suono non è leggero; consiste nella vibrazione meccanica di un gas o di un liquido, mentre la luce ha natura elettromagnetica. Le onde si propagano in tre dimensioni da una sorgente puntiforme, dissipandosi in energia e decrescendo in ampiezza man mano che viaggiano. I mezzi meno densi, come i gas, trasportano le onde sonore più lontano dei liquidi. I solidi conducono il suono per impatto dell’onda su una superficie e spostando fisicamente il gas o il liquido sull’altra superficie del solido.
L’impatto fisico delle onde sonore migliora la consistenza delle miscele solido-liquido nelle applicazioni ultrasoniche di laboratorio e su scala commerciale. L’omogeneizzazione avviene per riduzione della granulometria dei solidi, dispersione dei solidi o rottura di agglomerati di particelle. L’energia ad altissima frequenza delle onde sonore provoca la cavitazione nel liquido. La cavitazione si presenta come aree alternate di alta e bassa pressione, che provocano la formazione di microbolle e il collasso violento.
I laboratori biologici utilizzano la forza meccanica degli ultrasuoni per rompere le cellule e separare gli organelli, che sono piccoli componenti intracellulari. Composti biologici utili possono essere estratti dal fluido cellulare. Allo stesso modo, la distruzione ultrasonica delle cellule può essere utilizzata come tecnica di sterilizzazione. La pulizia degli articoli di laboratorio da materiale organico ostinato o depositi minerali viene spesso eseguita immergendo i pezzi in bagni a ultrasuoni.
La sonochimica promuove le reazioni chimiche utilizzando la miscelazione violenta della cavitazione delle applicazioni ultrasoniche. Le velocità di reazione aumentano a causa dell’aumento della miscelazione dei reagenti o dell’aumento dell’attività dei catalizzatori in fase mista. Le applicazioni commerciali di questa tecnologia includono la trasformazione di oli vegetali in combustibili biodiesel.
Altre applicazioni ultrasoniche sfruttano la natura ondulatoria del suono. Il suono si riflette su superfici solide e può essere ricevuto da un’antenna. Molte applicazioni ad ultrasuoni forniscono informazioni diagnostiche in campo medico per aiutare nella valutazione di feti, tumori e lesioni. Questi esami non invasivi sono semplici, indolori e poco costosi.
Il sonar utilizza il suono come un dispositivo di rilevamento, un’apparecchiatura che trasmette e riceve l’energia delle onde per individuare gli oggetti. Le lunghezze d’onda possono variare da infrasuoni a ultrasuoni. Le applicazioni a distanza sono utilizzate dalle unità militari per l’acquisizione di obiettivi, la navigazione e la sicurezza. I pescatori usano spesso il sonar per aiutare a localizzare banchi di pesci. Droni e robot possono essere controllati da comandi a ultrasuoni.