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8.º ano · Ciências Físico-Químicas
Acústica · Fenómenos acústicos e aplicações

Ultrassons e ecografias

Quando uma família vê, no Hospital de São João, no Porto, a primeira imagem do bebé num ecrã, está a «ver» através de um som que nenhum ouvido humano consegue ouvir. Como pode um som que não se ouve criar uma imagem? Vamos descobrir.

O espetro sonoro

Nem todos os sons se ouvem. O ouvido humano só deteta sons com frequência entre cerca de $20\ \text{Hz}$ e $20\ 000\ \text{Hz}$. Esta é a gama de audição de uma pessoa jovem.

Chama-se espetro sonoro ao conjunto de todas as frequências possíveis de um som. Divide-se em três zonas.

Espetro sonoro dividido em infrassons, sons audíveis e ultrassons, com os limites de 20 hertz e 20 000 hertz. Infrassons Sons audíveis Ultrassons f < 20 Hz 20 Hz a 20 000 Hz f > 20 000 Hz 20 Hz 20 000 Hz frequência crescente →

Os animais têm gamas diferentes da nossa. Os cães ouvem ultrassons, por isso existem apitos para cães que nós não ouvimos. Os elefantes comunicam com infrassons e os morcegos e os golfinhos usam ultrassons.

Para comparar frequências é preciso usar a mesma unidade. Lembra-te: $1\ \text{kHz} = 1\ 000\ \text{Hz}$ e $1\ \text{MHz} = 1\ 000\ 000\ \text{Hz} = 10^6\ \text{Hz}$.

Pratica★☆☆Por começar
Classifica cada um dos sons seguintes em infrassom, som audível ou ultrassom, justificando cada classificação com a comparação entre a frequência do som e os limites da…

Classifica cada um dos sons seguintes em infrassom, som audível ou ultrassom, justificando cada classificação com a comparação entre a frequência do som e os limites da audição humana.

  1. a) Som de $8\ \text{Hz}$ gerado pelo vento forte junto a uma falésia.
  2. b) A nota lá de um diapasão, de $440\ \text{Hz}$.
  3. c) Som de $30\ 000\ \text{Hz}$ emitido por um apito para cães.
  4. d) Som de $2\ \text{MHz}$ utilizado numa ecografia médica (começa por exprimir esta frequência em hertz).
Resolver

Como os ultrassons formam imagens

Uma ecografia usa ultrassons de frequência da ordem dos megahertz. A sonda, que o médico passa sobre a pele, faz duas coisas: emite pulsos de ultrassons e recebe os ecos.

Quando o pulso chega à fronteira entre dois tecidos diferentes (por exemplo, líquido e músculo), uma parte da onda é refletida e volta à sonda. O aparelho mede o tempo que o eco demorou e calcula a que profundidade está cada fronteira. Com milhares de ecos, o computador desenha a imagem no ecrã.

Sonda de ecografia que emite um pulso de ultrassons, o qual é refletido na parede de um órgão e regressa à sonda. Sonda pulso emitido eco refletido parede de um órgão (fronteira entre tecidos) profundidade d

O pulso faz a viagem de ida e volta. Por isso, a distância total percorrida é o dobro da profundidade. Se $v$ é a velocidade do ultrassom nos tecidos e $\Delta t$ o tempo entre a emissão e a receção do eco:

Os ultrassons são usados em medicina porque, com intensidades baixas, não são nocivos e não utilizam radiação. A ecografia é por isso a técnica de eleição para acompanhar uma gravidez.

Pratica★★☆Por começar
Numa ecografia abdominal, a sonda emite um pulso de ultrassons que se propaga nos tecidos a $1\ 540\ \text{m/s}$. O eco refletido na parede de um órgão é detetado…

Numa ecografia abdominal, a sonda emite um pulso de ultrassons que se propaga nos tecidos a $1\ 540\ \text{m/s}$. O eco refletido na parede de um órgão é detetado $6,5 \cdot 10^{-5}\ \text{s}$ depois da emissão.

  1. a) Calcula a distância total percorrida pelo pulso desde a emissão até à receção do eco.
  2. b) Determina a que profundidade se encontra a parede do órgão.
  3. c) Quanto maior a frequência de uma onda sonora, menor é o seu comprimento de onda e mais pequenos podem ser os detalhes detetados. Com base nesta ideia, explica por que razão as ecografias usam frequências da ordem dos megahertz e não sons da gama audível.
  4. d) Indica uma razão pela qual a ecografia é a técnica escolhida para acompanhar a gravidez, comparando-a com o uso de raios X.
Resolver

Porquê frequências tão altas?

Quanto maior é a frequência de uma onda sonora, menor é o seu comprimento de onda. Uma onda só consegue «distinguir» objetos e detalhes com dimensão comparável ou superior ao seu comprimento de onda. Assim, para ver detalhes pequenos, são precisos comprimentos de onda pequenos, ou seja, frequências altas.

Um som audível de $1\ \text{kHz}$ tem, nos tecidos, um comprimento de onda de cerca de $1{,}5\ \text{m}$: demasiado grande para mostrar um órgão. Um ultrassom de $2\ \text{MHz}$ tem cerca de $0{,}75\ \text{mm}$: já mostra pormenores finos.

De volta ao início: a imagem do bebé forma-se porque a sonda emite ultrassons, os tecidos refletem-nos e o aparelho transforma o tempo dos ecos em profundidades.

Em resumo

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