Revista de Posgrado de la Cátedra VIa Medicina N° 104 - Mayo/2001
Página: 26-30
 

EL SONIDO: BASES FISICAS PARA SU APLICACION EN ECOGRAFIA
(Parte II)
Prof. Dr. Juan Fernando Gómez Rinesi





Ondas

Las ondas son oscilaciones propagadas

    Cuando una oscilación producida en un punto se propaga, es decir se verifica a distancia, el fenómeno recibe el nombre de onda. La onda, puesto que es oscilación, conserva las propiedades de ésta:

Naturaleza
Amplitud
Frecuencia


    A las que se suman las que resultan de su propagación:

Velocidad de Propagación
Forma de propagación:
Longitudinal
Transversal
Longitud de Onda

    Con respecto a su naturaleza, las ondas pueden ser mecánicas o electromagnéticas. Para que exista propagación de una onda mecánica es necesario que exista un medio elástico ( con movilidad molecular), es decir que no puede hacerlo en el vacío (ausencia de moléculas), condición que no es necesaria para las ondas electromagnéticas.

Las ondas electromagnéticas, a diferencia de las mecánicas, pueden propagarse en el vacío

    La velocidad de propagación, de las ondas mecánicas, está condicionada por las características moleculares del medio en el que se propaga, es mayor cuando mayor es ésta. Las ondas electromagnéticas (luz, ondas de radio, etc.), la velocidad es constante y máxima (300.000 Km/seg) en el vacío, pero, dependiendo de su frecuencia, varían ligeramente en otros medios.
    Con respecto a la forma de propagación, reconocemos dos, conforme la oscilación se realice transversal o paralela a la dirección de propagación, las primeras reciben el nombre de transversales y las segundas el de longitudinales. (fig 1).


Fig. 1


    Las ondas electromagnéticas son de propagación transversal, en tanto que las mecánicas pueden adoptar cualquiera de las dos formas aunque, en su mayoría, son longitudinales.
    Un ejemplo de ondas transversales son las que se producen en la superficie de un lago o mar (Olas) que producen desplazamiento hacia arriba y debajo de las partículas de agua mientras se propagan horizontalmente hacia la costa.
 

El sonido, una onda de naturaleza mecánica, es de propagación longitudinal.
     La longitud de onda, es la distancia que recorre la onda durante una oscilación completa, por lo tanto será mayor cuando mayor es la velocidad de onda o menor sea la frecuencia.


Fig. 2

    En la figura 2 se representan dos ondas propagándose transversalmente en un medio, (como el medio es el mismo sus velocidades son iguales) , la onda a) de menor frecuencia que la onda b), Obsérvese como la onda a) demora mas que la onda b) para completar la oscilación, por lo tanto, la distancia recorrida por la onda a) debe ser mayor que la recorrida por la b).
    Para determinar la longitud de una onda se precisa conocer: su velocidad en el medio en el que se propaga y su frecuencia y aplicar la siguiente fórmula :

donde: = longitud de onda
v = velocidad en el medio
f = frecuencia de la oscilación     La relación 1/f se denomina Período, y expresa el tiempo que transcurre en realizarse una oscilación completa. El concepto de longitud de onda es importante en ultrasonografía diagnóstica.
 

Comportamiento de las Ondas al atravesar medios de diferente impedancia acústica
    Hasta este punto hemos analizado el comportamiento de una onda en un solo medio y podemos afirmar que la propagación en tal situación es rectilínea, con velocidad uniforme y siempre en el mismo sentido. En cambio, no son estas las características de propagación de una onda que atraviesa diversos medios; su comportamiento depende de los fenómenos que se producen en el límite entre cada uno de los medios atravesados, límite al que llamaremos interfase.
    Si bien no será desarrollada en detalle la explicación para cada comportamiento o fenómeno que sufre la onda a nivel de esta interfase, corresponde decir que las mismas surgen del Principio de Huygens, según el cual "todo punto de un medio hasta el cual llega una perturbación se comporta como foco de ondas secundarias" , es decir que se propaga formando un "frente de onda" constituido por las emisiones secundarias (fig 3)

Fig. 3: propagación del frente de onda

    Basado en este principio se explican tres fenómenos cuyo conocimiento se aplica en el estudio de la ultrasonografía diagnóstica y que tienen que ver con la interfase:
a) cuando la superficie de la interfase es menor que la longitud de onda la onda sufre un efecto denominado " difracción " que consiste en la deformación del frente de onda, que en la práctica resulta en una dispersión en los haces enfocados ( ejemplo : haces del transductor ultrasónico).
b) Cuando la superficie de la interfase es mayor que la longitud de onda, la onda sufre un efecto denominado reflexión, que consiste en el retorno, al medio de origen, de una onda de las mismas características que la onda incidente en la interfase, cuya dirección queda determinada por el ángulo de incidencia de ésta.
c) Los puntos de la interfase (según el principio de Huygens) se comportan como emisores secundarios produciendo la perturbación en el otro medio donde la onda se propagará a una velocidad diferente y una resistencia ofrecida por el medio que también será diferente (impedancia acústica) que determinan un tercer efecto " la refracción" que consiste en la desviación del frente de onda al atravesar la interfase.
    Como conclusión de lo expuesto en los puntos a) y b) , surge el concepto de interfase reflectante o especular : como aquella interfase cuyo tamaño es mayor que la longitud de la onda incidente, de lo contrario dicha superficie se comporta como difractante.
    En la figura 4 se muestra el efecto de difracción ( en este caso el fenómeno ondulatorio es la luz). Es la fotografía de la sombra de una hoja de afeitar interpuesta en el trayecto de una onda de rayos paralelos (fig. 4 b)) (observe el frente de onda en la fig. 4 a)) , puede verse que los contornos de la misma no están perfectamente definidos debido a que los rayos marginales se encuentran con una interfase (filo de la hoja) muy pequeña en relación con la longitud de onda. La imagen con múltiples bandas que se observa debajo de la silueta de la hoja es una vista ampliada de una porción del borde.
    Este efecto también puede observarse en las ondas transversales de una superficie de agua cuyo frente de onda, al alcanzar una piedra de pequeñas proporciones , se advierte que el frente de onda se deforma contorneándola pero no se produce reflexión.
 

Fig. 4 a) b)
 

Onda y energía
    La naturaleza oscilatoria de la onda implica, como hemos visto al analizar las oscilaciones, una disponibilidad energética suficiente para que se produzcan la perturbaciones en forma periódica,. Esta energía es portada por la onda y se disipa en forma de calor por los fenómenos mecánicos o electromagnéticos; según sea la naturaleza de aquella, que genéricamente reciben la denominación de impedancia , es decir oposición a las variaciones. En el fenómeno ondulatorio, esta impedancia resulta no solamente del carácter oscilatorio sino también de su propagación.
    Cuando la emisión de la onda es intermitente, es decir que porta una cantidad acotada de energía, la propagación de la oscilación tendrá un alcance limitado por ésta, es decir se comportará como una oscilación amortiguada, lo que en otras palabras significa que la oscilación perderá amplitud a medida que la onda progresa. Este fenómeno se denomina absorción.
    Cuando la propagación se realiza a través del medios diferentes, la energía portada por la onda incidente disminuye como consecuencia de los fenómenos de interfase (Dispersión, reflexión, y refracción), debido a que parte de esta energía es aplicada a la generación de la onda reflejada, a la deformación del frente de onda (difracción, en ocasiones también denominada dispersión del haz) y, por último, no toda la energía portada por el haz refractado sigue la dirección rectilínea de propagación (fig. 5)
 

Fig. 5

    Como consecuencia de los efectos de la absorción, difracción (dispersión) y refracción la onda pierde intensidad atenuándose progresivamente, hasta desaparecer, la oscilación, fenómeno que se denomina Atenuación. (fig. 6)
 

Fig. 6. Fenómenos que producen la atenuación de la onda.
 
 

BIBLIOGRAFIA:

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