2007-01-18

Ultrasonidos

Una de las cualidades que debe tener un científico es constancia frente a los problemas que encuentra en su investigación. Como ejemplo tenemos a Paul Langevin, que hizo de todo hasta que consiguió generar ultrasonidos.

Durante la Primera Guerra Mundial, Chilowski trató de emplear los ultrasonidos para determinar la profundidad de los mares, midiendo el tiempo que tarda el eco de las ondas. Pero tropezó con dificultades insalvables para producir estos ultrasonidos. Para empezar tuvo que renunciar a las fuentes clásicas de ondas sonoras, como placas metálicas, cuerdas o columnas de aire, porque como mucho le permitían conseguir 20000Hz cuando necesitaba frecuencias comprendidas entre los 20000Hz y los 600000Hz. Claro, se dió cuenta que la frecuencia que buscaba era la misma que la de las ondas de radio, pero no consiguió convertir estas ondas en vibraciones mecánicas.

Pero Chilowski no se desanimó y ahora contaba con la ayuda de Paul Langevin, así que entre los dos trataron de aprovechar las vibraciones de un condensador, tomando como una de las placas del condensador el agua. Con este método consiguieron generar por primera vez ultrasonidos, pero había un grave problema al llevar el experimento a la práctica para medir profundidades, y es que la tensión que debía aplicarse a los terminales del condensador era de un millón de voltios.

La solución se encaminó por caminos más factibles cuando a Langevin se le ocurrió utilizar el fenómeno de la piezoelectricidad, descubierta por Curie años antes. Las láminas de cuarzo, sometidas a una corriente alterna, se dilatan y contraen periódicamente y, por el contrario, dan origen a corrientes alternas cuando se las comprime y aligera alternativamente. Una lámina de cuarzo, tallada convenientemente, si se la somete dentro del agua a una corriente alterna producirá ondas mecánicas a través del agua, y si las ondas en el agua, inciden sobre la láminda de cuarzo, este generará una corriente alterna. La piezolectricidad proporcionó entonces la solución buscada como productora y receptora de ultrasonidos. Pero había un problema, esta vez la tensión había bajado, pero no lo suficiente, en este caso se necesitaban 60000 voltios, lo cuál era todavía demasiado para llevarlo a la práctica.

Pero también esta dificultad fué superada por Langevin utilizando la resonancia mecánica del cuarzo. En estas condiciones logró reducir la tensión a 1200 voltios, lo cuál estaba mucho mejor, pero era todavía complicado de poner en práctica. Además, necesitaba una lámina de cuarzo puro de entre 1 y 2 centímetros de espesor, y eso era bastante dificil de encontrar.

La solución esta vez vino adoptando un sistema de mosaico de pequeños cristales de cuarzo, aprisionados entre dos grandes láminas de acero, formando un sistema triple de resonancia: acero-cuarzo-acero, que además, dando al conjunto el espesor correspondiente a la propagación del sonido en el acero, se tiene que basta una tensión de 250 voltios para transmitir la misma energía que en el cuarzo solo.

Con este dispositivo la relación entre la potencia radiada por el emisor y la que se suministra es del 10%, no obstante, Langevin se las apañó para conseguir un 70%.

Como veis, toda una serie de problemas solucionados uno tras o otro gracias a la constacia, también llamada a veces, cabezonería.

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