Lees onderstaand krantenartikel
Opgaven
In een ziekenhuis kan gebruik gemaakt worden van echoscopie om een ongeboren baby te bekijken. Hierbij wordt gebruik gemaakt van ultrasone geluidsgolven met een frequentie tussen 1,0 MHz en 10 MHz. Bij het maken van een echo worden deze golven uitgezonden door een bron in het echoapparaat en teruggekaatst tegen het ongeboren kind. De teruggekaatste golven worden geregistreerd door een ontvanger in het echoapparaat.
De geluidssnelheid in lichaamsweefsel is gelijk aan die in water van 40 ºC.
a) Bereken tussen welke waarden de golflengte van de gebruikte golven in het lichaamsweefsel ligt.
b) Leg met het begrip buiging uit waarom geluidsgolven uit het hoorbare gebied niet geschikt zijn voor deze toepassing van echoscopie.
Bij het maken van een echo wordt de bron van het echoapparaat tegen de buikwand van de moeder geplaatst. De afstand tussen de buikwand en het ongeboren kind is 12 cm.
De ultrasone golven worden in pulsen uitgezonden. De duur van een puls is 110 µs.
Op een bepaald tijdstip vertrekt het begin van de puls van de bron van het echoapparaat. Zodra het echoapparaat het einde van de teruggekaatste puls heeft ontvangen, wordt de volgende puls uitgezonden.
c) Laat met een berekening zien dat het afgeven van de pulsen gebeurt met een frequentie waarvoor het menselijk oor gevoelig is.
In het artikel staat dat het ongeboren kind een geluids(druk)niveau ontvangt van 100 dB. Stel dat men door nieuwe technieken de geluidsintensiteit met 80% kan terugbrengen.
d) Bereken in dat geval het geluids(druk)niveau bij het oortje van het ongeboren kind.
Uitwerkingen
Open het antwoord op de vraag van jouw keuze.
Uitwerking vraag (a)
De frequenties zijn gegeven en de snelheid van geluid in water bij 40 °C (313 K) is in het BINAS op te zoeken: 1529 m/s.
Gebruik:
De golflengte ligt tussen 0,15 en 1,5 mm.
Uitwerking vraag (b)
Golven worden teruggekaatst door een hindernis die groter is dan de golflengte en buigen om een hindernis die kleiner is dan de golflengte. Bij hoorbaar geluid is de golflengte groter dan de delen die het moeten weerkaatsen. Bij ultrasone golven van 1,5 mm of kleiner is de golflengte klein genoeg om een echo te geven.
Uitwerking vraag (c)
Het geluid legt de 24 cm (heen en terug) af in…
De pulsduur is 110 μs = 0,110 ms. De tijd tot de volgende puls is dus 0,27 ms.
De frequentie wordt…
3,7 kHz ligt in het gebied waarvoor het menselijk oor gevoelig is (20 Hz – 20 kHz).
Uitwerking vraag (d)
Het geluids(druk)niveau bereken je met de formule:
De intensiteit wordt met 80% verminderd tot 20% van I: 2,0.10-3 W/m2.
Dan wordt het geluids(druk)niveau:
Suggestie voor profielwerkstuk
Diverse toepassingen
Meer uitleg
