Промышленные и медицинские применения ультразвука основываются на его физических свойствах: высокой направленности, возможности точного дозирования интенсивности, способности к проникновению в непрозрачные среды, а также взаимодействию с веществом на микро- и макроуровнях. Ниже рассматриваются основные технические и биофизические применения ультразвуковых колебаний.
Ультразвуковая дефектоскопия широко используется для выявления скрытых дефектов в металлических и неметаллических материалах. Метод основан на регистрации отражённых волн от внутренних неоднородностей. Импульс, испущенный преобразователем, проходит через материал и отражается от трещин, пустот, включений.
Преимущества: высокая чувствительность, точность локализации дефекта, возможность автоматизации контроля.
При ультразвуковой сварке механическая энергия ультразвука преобразуется в тепловую энергию за счёт внутренних потерь при высокочастотных колебаниях. Это приводит к локальному расплавлению и соединению материалов.
Ультразвуковая пайка аналогично основана на уменьшении поверхностного натяжения и окисной плёнки, улучшая качество смачивания и сцепления.
Ультразвуковая очистка основана на эффекте кавитации, возникающей при прохождении волн через жидкость. Кавитационные пузырьки, схлопываясь, создают микровзрывы, эффективно удаляющие загрязнения с поверхности объектов.
Ультразвук также используется для дезинфекции, разрушения биологических загрязнений и бактерий, особенно в медицинской и пищевой промышленности.
Ультразвук позволяет эффективно смешивать несмешивающиеся жидкости (эмульгирование), разрушать агрегаты твёрдых частиц (диспергирование) и удалять растворённые газы (дегазация).
Ультразвуковая диагностика (сонография) представляет собой неинвазивный метод получения изображения внутренних органов с помощью отражённых ультразвуковых волн. Применяется в реальном времени.
Преимущества метода: отсутствие ионизирующего излучения, высокая безопасность, мобильность, возможность многократных исследований.
Ультразвук используется в физиотерапии и реабилитации, основанной на его тепловом и микромассажном воздействии.
Также развивается направление высокоинтенсивного фокусированного ультразвука (HIFU) для точечного разрушения тканей, например, при лечении опухолей.
Метод основан на разрушении конкрементов (каменных образований) с помощью кратковременных ультразвуковых импульсов высокой интенсивности.
В ультразвуковой хирургии используются скальпели, основанные на резонансных колебаниях инструмента. Эти инструменты позволяют выполнять резание и коагуляцию тканей с высокой точностью и минимальными кровопотерями.
Сонохимические реакции основаны на создании экстремальных условий в микрообъёмах жидкости за счёт кавитации: локальные температуры до 5000 K, давления до 1000 атм.
Ультразвук используется в агротехнологиях для стимуляции роста растений, обработки семян, дезинфекции почвы и воды. В экологии — для мониторинга популяций животных, изучения поведения морских млекопитающих, контроля загрязнений.
Ультразвук применяется в измерении толщины материалов, определении скорости потока (ультразвуковые расходомеры), измерении вязкости, плотности, концентрации суспензий.
Ультразвуковые сенсоры применяются в системах охраны и контроля движения, для обнаружения объектов, проникновений, вибраций. Ультразвук используется также в отпугивателях животных (грызунов, птиц, насекомых).
Разнообразие и широта применения ультразвука обусловлены возможностью точного управления его параметрами, высокой направленностью, безопасностью и универсальностью физического воздействия на вещество и биологические структуры.