简介
超声波机械效应是指超声波在介质中传播时，与介质相互作用产生的各种力学效应的总称。具体来说，当超声波在介质中传播时，它会引起介质中质点的振动，这种振动会产生机械效应，如位移、形变、加速度等。
超声波能量作用于介质会引起质点高速细微的振动，产生速度、加速度、声压声强等力学量的变化从而引起机械效应。超声波是机械能量的传播形式，与波动过程有关，会产生线性效变的振动作用。超声波在介质中传播时，质点位移振幅虽然很小但超声引起的质点加速度却非常大。
若20kHz、1W/cm²的超声波在水中传播其产生的声压幅值为173kPa,这意味声压幅值每秒钟内要在正负173kPa之间变化2万次，最大质点加速度达1440km/s²,约为重力加速度的1500倍，这样激烈而快速变化的机械运动就是功率超声的机械振动效应。
当超声介质不是均匀的分层介质时（例如生物组织、人体等）各层介质的声阻抗不同将使传播的声波产生反射、形成驻波，驻波的波腹、波节造成压力、张力和加速度的变化。由于不同介质质点（例如生物分子）的质量不同，则压力变化引起的振动速度有差异，使介质质点间的相对运动所造成的压力变化，是引起超声机械效应的另一原因。利用超声的机械效应进行加工处理（打孔、切割、压实、表面强化、焊接、清洗、抛光及去除不希望的薄膜和脏物等），也用于加速分散、均质、乳化、粉碎、杀菌等其他过程。
机械效应
图-1
基于原理
超声波机械效应的原理主要基于超声波在介质中传播时产生的空化效应、机械振动效应和热效应等。空化效应是指在液体中，超声波产生的负压区域会使液体中的气体或蒸汽形成小气泡，这些气泡在超声波的作用下会迅速扩大并崩溃，产生强烈的冲击力。机械振动效应则是指超声波在介质中传播时，会使介质中的质点产生振动，这种振动会产生剪切力和挤压力，从而改变介质的物理性质。热效应则是指超声波在介质中传播时，由于介质质点的振动和摩擦，会产生热量，使介质的温度升高。
应用领域
1. 机械搅拌
超声的高频振动及辐射压力可在气、液体中形成有效的搅动与流动。空化气泡振动对固体表面产生的强烈射流及局部微冲流，均能显著减弱液体的表面张力及摩擦力，并破坏固-液界面的附面层，因而达到普通低频机械搅动达不到的效果。这一作用是药物透人，美容品导人皮肤，超声除气，食品及化妆品调匀细化等应用的物理基础。
2. 相互扩散
利用超声振动及空化的压力、高温效应，促使两种液体，两种固体，或液-固、液气界面之间，发生分子的相互渗透，形成新的物质属性。金属或塑料的超声焊接，超声乳化、清洗、雾化可归为此类作用。
3. 均匀化
空化气泡闭合后产生的局部冲击波，可粉碎液体中的颗粒，使其细化;使结晶均匀;将较大、不均匀乳滴分散为微小均匀药剂(如医用造影剂、治癌药剂等);甚至可包括消溶血栓等作用。
4. 凝聚作用
超声振动可使气、液媒质中悬浮粒子以不同速度运动，增加相碰撞机会;或利用驻波使它们趋于波腹处，从而发生凝聚过程。烟道收尘、人工降雨可属此类。
5. 机械切削作用
因超声振动加速度甚大，加上空化的声腐蚀作用，可对硬脆材料(宝石、陶瓷、玻璃、磁钢等)进行特形精密加工。
6. 粉碎作用
利用高强度超声脉冲，可以粉碎人体内的肾结石和胆结石而不损伤软组织。
总结
超声波机械效应在医学、工业、农业等领域都有广泛的应用。在医学领域，超声波机械效应可以用于诊断和治疗疾病，如超声波碎石、超声波清洗伤口等。在工业领域，超声波机械效应可以用于清洗、焊接、切割等工艺过程。在农业领域，超声波机械效应可以用于促进植物生长、提高农作物产量等。
此外，超声波的机械作用还可以软化组织、增强渗透、提高代谢、促进血液循环、刺激神经系统和细胞功能等，因此具有独特的治疗意义。例如，在医学超声治疗中，超声波的机械效应可以促进药物的渗透和扩散，提高药物的疗效；同时，它还可以刺激细胞膜的通透性，促进细胞的新陈代谢和再生。
总之，超声波机械效应是超声波在介质中传播时产生的力学效应的总称，它在多个领域都有广泛的应用和独特的治疗意义。