водна поверхня і т.д.) плоска звукова хвиля може частково відбиватися і частково переломлюватися (проходити у другу середу.
Необхідною умовою для заломлення є відмінність швидкостей поширення звуку в обох середовищах.
За законом заломлення, заломлений промінь (OL ") лежить в одній площині з падаючим променем (OL) і нормаллю до поверхні розділу середовищ, проведеної в точці падіння O. Відношення синуса кута падіння О± до синуса кута заломлення ОІ дорівнює відношенню швидкостей звукових хвиль в першій і Другою серед C 1 і C 2 (закон Снеллиуса):
sinО±/sinОІ = C 1 /C 2
Із закону заломлення випливає, що чим вище швидкість звуку в тій чи іншій середовищі, тим більше кут заломлення.
Якщо швидкість звуку під другому середовищі менше, ніж у першій, то кут заломлення буде менше кута падіння, якщо ж швидкість у другій середовищі більше, то кут заломлення буде більше кута паденія.Еслі питомий акустичний опір обох середовищ близькі один до одного, то майже вся енергія перейде з одного середовища в іншу.
Важливою характеристикою середовища є питома акустичний імпеданс, яка визначає умови заломлення звуку на її кордоні. При нормальному падінні плоскої хвилі на плоску межу розділу двох середовищ величина коефіцієнта заломлення визначається тільки ставленням акустичних імпедансів цих середовищ. Якщо акустичні імпеданс середовищ рівні, то хвиля проходить кордон без відображення. При нормальному падіння хвилі на межу двох середовищ коефіцієнт проходження W хвилі визначаються тільки акустичними Імпеданс даних середовищ Z 1 = ПЃ 1 З 1 і Z 2 = ПЃ 2 З 2 . Формула Френеля (для нормального падіння) має вигляд:
W = 2Z 2 /(Z 2 + Z 1 ).
Формула Френеля для хвилі падаючої на межу розділу під кутом:
W = 2Z 2 cosОІ/(Z 2 cosОІ + Z 1 cosО±).
ОТРАЖЕНИЕ ЗВУКУ - явище, яке виникає при падінні звукової хвилі на межу розділу двох пружних середовищ і складається в освіті хвиль, що поширюються від межі розділу в ту ж середовище, з якого прийшла падаюча хвиля. Як правило, віддзеркалення звуку супроводжується утворенням переломлених хвиль в другому середовищі. Окремий випадок відбиття звуку - відбиття від вільної поверхні. Зазвичай розглядається відображення на плоских межах розділу, проте можна говорити про відображення звуку від перешкод довільної форми, якщо розміри перешкоди значно більше довжини звукової хвилі. В іншому випадку має місце розсіювання звуку або дифракція звуку.
Вимірявши амплітуду відбитої хвилі, ми можемо оцінити розмір відбиває об'єкта.
Амплітуди (Енергії) відбитої від границі двох середовищ і пройшла в інше середовище залежить від характеристик цих середовищ. Ця характеристика називається акустичним опором (характеристичним імпедансом) і для кожного середовища описується виразом
z = rC
де r - щільність матеріалу, а C - швидкість пружної хвилі в цьому матеріалі.
Амплітуда (Енергія) відбитої хвилі залежить також від форми відбиває тіла і його розташування щодо хвилі, що розповсюджується. Параметри відбитої хвилі визначаються формою і розташуванням відбиває тіла. Досліджуючи параметри відбитої хвилі, ми зможемо визначити форму дефекту. Це дуже важливо для оцінки ступеня його небезпеки (зазвичай площинні дефекти типу тріщин більше небезпечні, ніж округлі дефекти - пори).
У твердих тілах картина відбиття і проходження пружних хвиль більш складна. Хвилі не тільки відбиваються від межі розділу, але і переломлюються і трансформуються (Перетворюються з одного типу в інший). Що під цим розуміється? На рис. 4 показана схема падіння променя поздовжньої хвилі під кутом на межу розділу двох твердих середовищ.
Рис. 4 - Перетворення (трансформація) пружних хвиль при падінні на границю розділу двох матеріалів
Видно, що від границі розділу відбивається не одна, а дві хвилі. Одна поздовжня, а інша зсувна (поперечна). Причому кут відбиття поздовжньої хвилі, як і в оптиці, дорівнює куту падіння поздовжньої хвилі.
У другу середу проходять також дві хвилі. Поздовжня - з кутом, відмінним від кута падіння, і зсувна, кут якої також відрізняється від кута відбиття сдвиговой хвилі в першим твердим тілі. Кути падіння, відбивання і заломлення підкоряються закону Снеллиуса (закон синусів)
З виразу випливає, що кут b дорівнює куту gi, так як швидкість поширення в першій середовищі для поздовжньої хвилі однакова. Ми раніше встановили, що швидкості пружних хвиль залежать від пружних характеристик матеріалів і густин. Значить, кути відбиття і заломлення також залежать від пружних властивостей матеріалів і їх густин. При куті падіння рівному 90 0 трансформації пружних хвиль не відбувається. У той же час, чудова властивість пружних хвиль відбиватися від знаходяться всередині матеріалу неоднорідностей, що відрізняються за акустичними (Пружним) характеристикам, використовується для виявлення дефектів. На цьому принципі побудована вся ультразвукова дефектоскопія, дефектометрія, товщинометрія і т.д.
Рефракція звуку - зміна напрямку поширення звуку в неоднорідному середовищі (атмосфера, океан, товща землі), швидкість звуку в якій є функцією координат.
рефракції звуку (РЗ) можна розглядати як наслідок ефекту заломлення хвиль для випадків, коли фізичні властивості середовища безперервно змінюються від точки до точки в напрямку поширення хвилі. Окремим випадком такого середовища є макронеоднородная структура, що складається з безлічі тонких однорідних шарів s1, s2, ..., sn, причому швидкість поширення звукових хвиль c змінюється від шару до шару так, що c1> c2> ... > Cn або с1
Більш загальним випадком є ​​т.зв. плавно неоднорідна середу, в якій швидкість поширення пружних хвиль є безперервною функцією координат. Така Середа не є шаруватої, оскільки не містить контрастних, в акустичній сенсі, кордонів, на яких виконуються класичні закони відбиття і заломлення.
Рефракція звуку є важливим чинником, що впливає на поширення звуку в атмосфері, океані і товщі Землі. Рефракційних ефекти можуть спостерігатися також при поширенні ультразвука у виробах і матеріалах, якщо швидкість звуку в них змінюється по товщині, наприклад, внаслідок поверхневої цементації. Тому рефракція звуку покладена в основу акустичних методів контролю якості цементації масивних споруд (гребель і т.п.) і ступеня ущільнення грунтів під власною вагою і при зовнішніх навантаженнях.
Дифракція (огібаніе хвилями перешкод) має місце тоді, коли довжина ультразвукової хвилі порівнянна (або більше) з розмірами знаходиться на шляху перешкоди. Якщо перешкода в порівнянні з довжиною акустичної хвилі велика, то явища дифракції немає. При одночасному русі в тканини декількох ультразвукових хвиль в певній точці середовища може відбуватися суперпозиція цих хвиль. Таке накладення хвиль один на...
