Teoria fisica

Intensità sonora e soglia di dolore

Eco e Sonar

balene; artificiale: sottomarini o navi equipaggiate con tali apparati) un fascio sonoro viene emesso in direzione della regione che si vuole esplorare e l'eventuale Eco indica la presenza di ostacoli.

Sapendo che le onde sonore (o gli ultrasuoni) in mezzi omogenei si muovono di moto rettilinea uniforme, misurando il tempo si ricava la distanza: Il sonar emette un suono e misura il tempo in cui riceve l'eco.

ECOGRAFIA

Il principio dell'ecografia si basa sulla propagazione dell'onda sonora. Infatti tramite la sonda viene lanciata un'onda sonora che nel momento in cui urta un ostacolo questa viene riflessa e torna indietro, il tempo impiegato per effettuare questo processo ci indica la posizione dell'ostacolo. Nelle ecografie più avanzate si prende in considerazione la densità: quando l'onda sonora incontra un corpo (ad esempio una massa all'interno di un tessuto) che ha una densità diversa dal resto, viene riflessa un'onda.

più debole, mentre l’onda che continua si fermerà quando incontra la cartillagine, quindi si possono riconoscere strutture diverse. Il gel che viene messo sulla pelle serve per eliminare lo strato di aria che si forma tra la sonda e la pelle in quanto se ci fosse questo strato di aria l’onda non attraverserebbe la pelle.

ECOSCONDAGLIO E SONAR

Sono dispositivi che mandano l’onda sonora tramite l’acqua fino ai fondali, questi impulsi quando colpiscono il fondale, vegetazione o animali, vengono riflessi e tornano indietro. Il dispositivo misura il tempo per effettuare questo processo e tramite questo si può calcolare la profondità degli oggetti.

EFFETTO DOPPLER

È un cambiamento apparente rispetto al valore originale, della frequenza percepita da un osservatore raggiunto da un’onda emessa da una sorgente che si trova in movimento rispetto l’ascoltatore, come ad esempio succede con la sirena di un’ambulanza, la frequenza che noi

percepiamo è diversa rispetto alla posizione dell'ambulanza. È ciò che succede anche al mare, se andiamo verso il mare incontreremo un certo numero di onde in un determinato tempo, se ci allontaniamo dal mare e andiamo verso la riva incontreremo un numero di onde minore nello stesso tempo.

Si possono distinguere due casi, in cui la sorgente è fissa o è mobile.

In caso di sorgente fissa abbiamo il cambiamento della velocità, perché avremo che la frequenza è data da velocità fratto lunghezza d'onda v/λ, ma dobbiamo considerare anche la velocità u dell'ascoltatore. Quindi avremo F= v+u/λ e visto che λ=v/F avremo che F = v+u1 v/F e alla fine avremo F = (1 + u/v) dove si usa il segno + se l'ascoltatore si avvicina e il segno meno se l'ascoltatore si allontana.

In caso in cui la sorgente è mobile cambia la lunghezza d'onda in quanto, quando l'onda ha percorso un

tratto λ=vT avremo che la sorgente è avanzata di λ=uT. Quindi avremo che λ=T(v-u). Visto che la frequenza è data da F=v/λ, avremo che F = v/T(v-u). Infine avremo che F = F ( 1 )1 1 + u/v dove si usa il segno positivo se la sorgente si avvicina e negativo se la sorgente si allontana.

ANGIOLOGIA DOPPLER

Un fascio ultrasonico (MHz) viene inviato sul vaso in cui si vuole misurare la velocità del sangue. Il fascio arriva sui globuli rossi che si comportano come un ascoltatore in moto che si allontana ricevendo una frequenza. Il fascio è parzialmente riflesso dai globuli rossi ed arriva ad un ricevitore con una frequenza (sorgente in moto che si allontana), si può calcolare la velocità del sangue.

Ecografia: l'effetto Doppler viene sfruttato per rivelare i flussi ematici. Nel sangue, i globuli rossi rappresentano le interfacce sulle quali si generano gli echi la cui frequenza sembrerà aumentare, nel caso di flussi in

avvicinamento alla sonda (Dopplerpositivo – fD+), o sembrerà ridursi, nel caso opposto (Dopplernegativo – fD-) rispetto alla frequenza degli ultrasuoni emessidalla sonda (f0). 27

Effetto Doppler

L’effetto Doppler (dal nome del fisico e matematico austriaco Christian Doppler che per primo lo ha descritto) è un fenomeno fisico in cui la frequenza del suono di una sorgente (f ) sembra0aumentare mentre si avvicina ad un ascoltatore (f ) o, alD+ contrario, sembra ridursi se se ne allontana (f ).

Il cambiamento apparente di frequenza viene detto Dopplershift (spostamento, differenza Doppler).

Effetto Doppler in ecografia

In ecografia l’effetto Doppler viene sfruttato per rivelare i flussi ematici. Nel sangue, i globuli rossi rappresentano le interfacce sulle quali si generano gli echi la cui frequenza sembrerà aumentare, nel caso di flussi in avvicinamento alla sonda (Dopplerpositivo – f ), o sembrerà ridursi, nel caso opposto (Dopplernegativo – fD-) rispetto alla frequenza degli ultrasuoni emessi dalla sonda (f0).

(DopplerD+negativo – f ) rispetto alla frequenza degli ultrasuoni emessi dallaD-sonda (f ).0

Rispetto alla visualizzazione B-mode, l’ecografia Doppler presenta una fondamentale differenza: in B-mode, come abbiamo visto nelle precedenti lezioni, le immagini migliori vengono ottenute quando la sonda è perpendicolare alla struttura in esame; nell’ecografia Doppler, le migliori informazioni sui flussi ematici vengono ottenute quando l’angolo tra la sonda e la struttura sanguigna in esame è pari o prossimo a 0°.

La rivelazione di un flusso permette di differenziare i vasi sanguigni dalle strutture tubulari non vascolari (dotti biliari, diverticoli renali, ureteri, ecc.). 28

In alcuni casi, tuttavia, il Doppler può essere utilizzato anche per riconoscere flussi non ematici come nel caso del flusso ureterale in vescica (jet ureterale). Doppler shift

La variazione (shift) della frequenza nell’effetto Doppler dipende dalla velocità del flusso

(maggiore è la velocità, maggiore lo shift) secondo la formula: f = 2 * f * V * cosΘ/cD 0 dove fD= frequenza con Doppler shift; f0= frequenza emessa dalla sonda; V= velocità degli eritrociti; cosΘ= coseno dell'angolo tra direzione del flusso e direzione degli ultrasuoni; c= velocità di propagazione degli ultrasuoni nel sangue (1560/ms). La velocità del flusso ematico è un importante parametro fisiologico. Dalla formula è intuitivo rilevare che se l'angolo Θ è pari a 0° (se cioè la direzione degli ultrasuoni è parallela al flusso) il coseno sarà 1 e, quindi, la velocità calcolata sarà fedele alla reale.

FENOMENI ELETTRICI (ripasso triennale) La presenza di cariche di segno opposto fa sì che queste si attraggano, due cariche dello stesso segno invece, si respingono. In entrambi i casi agisce una forza detta FORZA ELETTROSTATICA che segue la legge di Coulomb. 29F=K * q1 * q2/r^2 la forza

è direttamente proporzionale al prodotto delle due cariche e inversamente proporzionale al quadrato della distanza. K è la costante che dipende dal mezzo in cui le cariche si trovano, K= 14πε0 -12 2 2ε è la costante dielettrica nel vuoto ed è = 8,85x10 C /Nm².

CAMPO ELETTRICO

Ogni carica va a perturbare lo spazio circostante creando intorno a sé un campo di forze detto campo elettrico che dipende dalla carica che lo ha generato. Se la carica è ferma il campo viene detto elettrostatico. Il campo elettrico è una grandezza vettoriale, il vettore campo elettrico rappresenta in ogni punto del campo la forza che può agire sulla carica elettrica.

La forza F = K* Qq/r. La carica q viene attirata o respinta da una carica Q che forma il campo. Visto che le forze dipendono dalle cariche avremo F = K Qq²/r². Quindi F = E. In definitiva possiamo dire che il campo elettrico E corrisponde al rapporto tra la forza che la carica, che ha generato il campo, genera su q e la carica q stessa.

un’altra carica q (carica di prova) e il valore della caricadi prova. Unità di misura N/C.

I vettori campo elettrico sono per convenzione sempre uscentidalla carica positiva e sempre entranti dalla carica negativa.

Più ci si allontana dalla carica più il modulo del vettorediminuisce.

Se consideriamo una carica puntiforme, questa sta al centro delcampo e le linee del campo sono disposte radialmente (linee araggiera).

Le linee del campo seguono 4 caratteristiche:

1. Le linee sono uscenti dalle cariche positive e entranti dalle carichenegative.
2. La densità delle linee del campo è maggiore vicino la carica,quindi di conseguenza il campo elettrico ha un valore maggiorvicino alla carica.
3. Il vettore campo elettrico è sempre tangente alle linee del campoin ogni punto.
4. Le linee del campo sono infinite.

Se sono presenti due cariche opposte ad una certa distanza, le lineedi campo si incurvano e assumano la forma di un dipolo elettrico.

SUPERFICI

EQUIPOTENZIALI

Si consideri un campo elettrico uniforme e al suo interno un segmento AB perpendicolare alle linee di campo. ΔS è il vettore spostamento da A a B.

Immaginiamo di spostare una carica di prova q dal punto A al punto B, durante lo spostamento la forza elettrica che è parallela alle linee di campo è sempre perpendicolare al vettore spostamento ΔS e di conseguenza la forza non compie lavoro quindi la differenza di potenziale tra i due punti è nulla. ΔV=V(B)-V(A)=0 quindi