Gli ultrasuoni sono onde meccaniche sonore non percepibili dall’orecchio umano. Si considerano ultrasuoni tutte le onde sonore che superano la frequenza di \( 20000 \,\, Hz\); lo stesso termine “ultrasuono” significa “ciò che è al di là del suono”. L’alta frequenza di queste onde fa sì che, se vengono prodotte sul corpo umano, riescano a penetrare all’interno dei tessuti; infatti vengono molto usate in ambito medico, ad esempio per effettuare le ecografie.
IN BREVE
Indice
COSA SONO GLI ULTRASUONI?
Gli ultrasuoni sono onde sonore caratterizzate da una frequenza superiore rispetto alle onde udibili dall’orecchio umano. Il suono, in fisica, è un’oscillazione compiuta dalle particelle in un mezzo di propagazione: queste oscillazioni sono spostamenti delle particelle provocati da movimenti vibratori provenienti da una sorgente che trasmette il movimento alle particelle adiacenti che a loro volta, oscillando, trasmettono il movimento alle particelle vicine, provocando una variazione di pressione e consentendo all’onda di propagarsi meccanicamente e in modo longitudinale. Le onde sono caratterizzate da:
- Il periodo, la durata di un’oscillazione completa;
- L’ampiezza, l’intensità della vibrazione, la distanza massima percorsa dalla particella dalla sua posizione di riposo durante l’oscillazione;
- La frequenza, il numero di vibrazioni nell’unità di tempo;
- La lunghezza d’onda, la distanza percorsa dall’onda tra due picchi.
Come tutti i fenomeni di tipo ondulatorio, gli ultrasuoni sono soggetti a fenomeni di riflessione, diffrazione e rifrazione.

APPLICAZIONE DEGLI ULTRASUONI
L’essere umano non è in grado di percepire gli ultrasuoni, tuttavia altri esseri viventi, come ad esempio le balene e i delfini, sono in grado di comunicare attraverso essi; altri, come i pipistrelli, li usano per captare gli ostacoli mentre volano di notte. Esistono in commercio alcune apparecchiature, denominate derattizzatori ad ultrasuoni, che generano uno stress psicofisico ad alcuni animali, come i topi e i gatti, che li costringe ad abbandonare un luogo occupato precedentemente e diventato successivamente ostile. Gli ultrasuoni trovano ampio utilizzo in campo medico; in ambito industriale, in molti apparecchi utilizzati per la pulizia di oggetti di piccole dimensioni; nelle operazioni di saldatura di materiali plastici. Per quanto riguarda l’ambito medico, le terapie basate sugli ultrasuoni vengono utilizzate nei processi di riabilitazione o nella medicina estetica anche se trovano ampia applicazione in altri ambiti medici come ad esempio quello odontoiatrico, dove gli ultrasuoni vengono impiegati per la rimozione del tartaro, o quello diagnostico, dove sono impiegati in dispositivi diagnostici quali l’ecografia e il doppler, tramite il fenomeno dell’effetto Doppler.
Ecografie
Uno degli utilizzi più comuni degli ultrasuoni in medicina è nelle ecografie. L’ecografia è una tecnica di indagine diagnostica medica che utilizza ultrasuoni e si basa sul principio dell’emissione di eco e della trasmissione delle onde; Quando gli ultrasuoni attraversano una parte del corpo generano degli echi che permettono di evidenziare i tessuti molli La Frequenza degli ultrasuoni utilizzati varia da \( 2 \,\, MHz \) a \( 15 \,\, MHz \) ed è scelta sulla base della seguente considerazione: frequenze maggiori hanno maggiore potere risolutivo dell’immagine, ma penetrano meno in profondità nel tessuto biologico. In un tessuto omogeno, a impedenza acustica caratteristica costante, l’onda procede attenuandosi sulla base della tipologia di tessuto; quando raggiunge un punto di variazione di impedenza acustica, l’onda è soggetta in varia misura a fenomeni di riflessione, rifrazione e diffusione. L’impedenza acustica caratteristica è il prodotto della densità del mezzo e la velocità del suono nel mezzo: $$ Z_c= \rho \cdot c. $$ Se si considera la percentuale di onda riflessa, si può capire quale sia la differenza di impedenza tra i due tessuti:
$$ R = \frac{(Z_1-Z_2)^2}{(Z_1+Z_2)^2} $$
Dove \( Z \) è l’impedenza acustica dei due tessuti. Il tempo impiegato dall’onda nel percorso di andata e ritorno viene fornito al computer che riesce a calcolare la profondità da cui arriva l’onda riflessa, l’eco e quindi si possono individuare gli organi e i tessuti.

Ultrasuonoterapia
La prima applicazione degli ultrasuoni come forma di terapia risale al 1938 e venne usata su una donna, a Zurigo, per trattare una sciatalgia. Le terapie basate sugli ultrasuoni vengono utilizzate in ambito fisioterapico per curare condizioni dolorose e promuovere la guarigione dei tessuti. Si usano onde sonore ad altissima frequenza tra \( 800.000 \,\, Hz \) e \( 2.000.000 \,\, Hz \) per stimolare il tessuto sotto la superficie della pelle; quando gli ultrasuoni attraversano una parte del corpo, la variazione di pressione provoca un micromassaggio, un effetto di compressione e decompressione che favorisce il drenaggio e facilita l’assorbimento dei liquidi. Al passaggio degli ultrasuoni, i tessuti si riscaldano, producendo un effetto analgesico.
Altre applicazioni
La natura ha ispirato la prima applicazione degli ultrasuoni: Spallanzani dimostrò nel 1794 che i pipistrelli li usano per orientarsi nel volo notturno e successivamente si notò come anche molti cetacei se ne servano per la localizzazione degli ostacoli o per l’individuazione di prede. La prima applicazione pratica degli ultrasuoni è stata quella militare, negli anni Trenta, attraverso il SONAR (Sound Navigation and Raging), strumento utilizzato per visualizzare mine e sottomarini. Nel 1970 si cominciò ad utilizzarli in ambito medico, anche se i primi utilizzi di ultrasuoni come strumento di diagnostica risalgono agli anni Cinquanta. Gli ultrasuoni trovano applicazione in moltissimi campi: sono utilizzati in metallurgia per la ricerca dei difetti interni dei metalli; per la preparazione di emulsioni fotografiche e per conferire ad esse proprietà particolari; nelle esplorazioni subacquee tramite gli ecoscandagli; per la pulizia di dischi in vinile; per sterilizzare il latte e per bucare dei materiali senza che vengano a contatto con una punta. In chimica, mediante l’utilizzo di ultrasuoni è possibile accelerare delle reazioni chimiche o modificare la temperatura del punto di transizione di determinate sostanze.

Fonte
- Ultrasonic imaging: safety considerations
NCBI - How Some Insects Detect and Avoid Being Eaten by Bats: Tactics and Countertactics of Prey and Predator
BioScience - The sonar of dolphins
Springer Science & Business Media - Crediti foto copertina: Wikimedia – Giacomo Alessandroni, ritagliata, ridimensionata, dimensioni: 800×700 px, Attribution-ShareAlike 4.0 International (CC BY-SA 4.0)