він зустрічає за один і той же інтервал часу більше хвиль, ніж за відсутності руху. Це означає, що сприймана їм частота буде більше частоти хвилі, що випускається джерелом. Інший випадок: джерело хвиль рухається з якоюсь швидкістю до нерухомого щодо середовища спостерігача. Оскільки джерело рухається вслід за хвилею, що випускається, то довжина хвилі буде менше, ніж при нерухомому джерелі. Або при одночасному русі один до одного спостерігача і джерела хвиль, сприймається частота більше що випускається. Накладаючи істинні частоти випромінювання і сприймані рухомим об'єктом і вирахувавши їх різницю (доплеровській зрушення частоти), можна точно визначити швидкість руху об'єкту.
Або ще простіше - уявіть, що ви стоїте на мілководді і на ваші ноги накочуються легкі хвилі з певною частотою, якщо ви зробите наскільки кроків назустріч наступній хвилі, то вона торкнеться вас швидше, ніж ніж ви б стояли на місці і чекали її. Знаючи швидкість руху хвиль і різницю в часі між їх торканнями ваших ніг, можна обчислити вашу швидкість руху, тобто ту швидкість, з якою ви рухалися на зустріч хвилі. І так далі з будь-якою невідомою і в будь-якому напрямі. Якщо ж ви продовжуватимете йти назустріч хвилям, то за певний (постійний) проміжок часу, ваших ніг торкнеться більша кількість хвиль, ніж якби ви стояли на одному місці, це і є фазове зрушення частоти хвильового руху, яке і залежить від швидкості руху об'єкту.
Ефект Доплера в медицині використовується для визначення швидкості кровотоку, швидкості руху клапанів і стінок серця і інших органів.
Фізичні процеси, обумовлені дією ультразвука, викликають в біологічних об'єктах наступні основні ефекти: - мікровібрації на клітинному і субклітинному рівні; - руйнування біомакромолекул; - перебудову і пошкодження біологічних мембран, зміну проникності мембран; - теплова дія; - руйнування кліток і мікроорганізмів. Медико-біологічні додатки ультразвука можна в основному розділити на два напрями: методи діагностики і дослідження і методи дії.
До першого напряму відносяться локаційні методи діагностики з використовуванням головним чином імпульсного випромінювання. До другого напряму відноситься ультразвукова фізіотерапія. Здатність ультразвука дробити тіла, поміщені в рідину, і створювати емульсії використовується і у фармацевтичній промисловості при виготовленні ліків. Розроблений і упроваджений метод “зварювання” пошкоджених або трансплантуються кісткових тканин за допомогою ультразвука (ультразвуковий остеосинтез). Згубна дія ультразвука на мікроорганізми використовується для стерилізації. Цікаве застосування ультразвука для сліпих. Завдяки ультразвуковій локації за допомогою портативного ультразвукового приладу можна знайти предмети і визначати їх характер на відстані до 10 м. Перераховані приклади не вичерпують всіх медико-біологічних застосувань ультразвука, перспектива розширення цих додатків в медицині справді величезна.
Джерела ультразвукових коливань Ультразвук - це коливання з частотами, великими 20000 Гц. Розповсюдження в рідкому, газоподібному і твердому середовищах ультразвукових коливань кінцевої амплітуди породжує фізичні ефекти, використовування яких в медицині створює реальні передумови інтенсифікації технологічного процесу обробки біологічних тканин, методів діагностики і дії лікарських препаратів на організм при терапевтичному лікуванні.
Для створення ультразвукових коливань розроблені багатоманітні технічні засоби - аеродинамічні і гідродинамічні, магнітострикційні і п'єзоелектричні джерела ультразвука - дають можливість практичного застосування ультразвукової технології в багатьох галузях медицини.
Частота надвисокочастотних ультразвукових хвиль, вживаних в хірургії і біології, лежить в діапазоні порядка декількох Мгц. Фокусування таких пучків звичайно здійснюється за допомогою лінз і дзеркал.
Для діагностичних досліджень внутрішніх органів використовується частота 2,5 - 3,5 Мгц, для дослідження щитовидної залози використовується частота 7,5 Мгц. Генератором таких хвиль є пьезодатчик, який одночасно виконує роль приймача відображених ехосигналов. Генератор працює в імпульсному режимі, посилаючи близько 1000 імпульсів в секунду. У проміжках між генерацією ультразвукових хвиль пьезодатчик фіксує відображені сигнали. Як детектор сигналу застосовується складний датчик, що складається з декількох сотень дрібних п'єзокристалів, що працюють в однаковому режимі. У датчик вмонтована фокусуюча лінза, що дає можливість створити фокус на певній глибині.
У фізіотерапевтичній практиці використовують ультразвук в діапазоні частот 800-3000 кГц. Найбільш поширені керамічні перетворювачі з титанату барію.
У стоматології вперше з середини п'ятдесятих років минулого століття було запропоновано використовувати ультразвук для лікування періодонтіту і для видалення каміння. Інструменти, вживані для лікування зубів, звичайно складаються із стрижньового ультразвукового пьезокерамічеського, магнітострикційного або аеродинамічного перетворювача і мають на кінці робочий наконечник. У наконечнику збуджуються подовжні коливання в діапазоні частот 20 - 45 кГц і з амплітудою руху у області 6 -100 мкм. У аеродинамічних стоматологічних наконечниках частота роботи перетворювача звичайно на виходить за рамки чутного звуку.
Ультразвуковий пучок з необхідними параметрами одержують за допомогою відповідних ультразвукових перетворювачів. У тих випадках, коли основне значення має потужність ультразвукового пучка, звичайно використовуються механічні джерела ультразвука.
Інший принцип генерації звуку реалізується в апаратах роторно-пульсацій, принципова конструкція яких аналогічна конструкції динамічних сирен. Тут звукове випромінювання утворюється за рахунок періодичного механічного переривання потоку повітря, що проходить через щілистий ротор і статор. Обертання ротора здійснюється механічним повітряним приводом. Швидкість обертання і характерні розміри щілистих отворів задають частот і інтенсивність пульсації тиску в потоці, а отже частоту і інтенсивність звукового випромінювання. При цьому інтенсивні коливання середовища локалізовані усередині об'єму апарату. Гідністю цих систем є можливість роботи при низькому надмірному тиску і великих витратах струменя. Проте апарати роторно-пульсацій складні у виготовленні унаслідок чого поширеніше виготовлення одержали приводи пульсацій. Саме такий тип генерації частіше застосований в стоматологічних легко-приводних інструментах. Типовими представниками агрегатів з аеродинамічним приводом в стоматології є ультразвукові ськалери вживані для зняття нальоту, що пігментується, і