Частные случаи

1. Нормальное падение.

Если на рисунке β_l1=0, то β_t1 = α_l2 = α_t2 = 0, то есть в этом случае волна, прошедшая через границу раздела, не меняет своего направления, тип волны также не меняется.

2. 1-й критический угол.

Если c_l1 < c_l2, то α_l2 > β_l1, следовательно, при некотором угле падения β_кр1 < 90^о продольная волна скользит по границе раздела, то есть, во второй среде продольная волна не возбуждается.

Наименьший угол падения продольной волны β_кр1 , при котором преломленная продольная волна не будет проникать во вторую среду, называется первым критическим углом.

3. 2-й критический угол.

При дальнейшем увеличении угла падения преломленная поперечная волна также начнет скользить по границе раздела.

Наименьший угол падения продольной волны β_кр2 , при котором преломленная поперечная волна не будет проникать во вторую среду, называется вторым критическим углом.

При углах падения, меньших, чем второй критически угол, и больших, чем первый, во второй среде возникает лишь поперечная волна.

4. 3-й критический угол.

Рассмотрим падение поперечной волны на границу металл-воздух из металла. При увеличении угла падения наступает такой момент, когда отраженная продольная волна начинает скользить по границе раздела.

Наименьший угол падения поперечной волны β_кр3 , при котором отсутствует отраженная продольная волна, называется третьим критическим углом.

Для практики представляет интерес численные значения первого, второго и третьего критических углов при падении волны:

- из органического стекла на границу со сталью β_кр1 = 27,26^о, β_кр2 = 57,4^о;

- из воды на границу со сталью β_кр1 = 14,76^о, β_кр2 = 27,20^о;

- из стали на границу с воздухом β_кр3 = 33,5^о.

Из закона Снеллиуса следует, что:

- угол падения равен углу отражения;

- при углах падения меньших чем второй критический угол, и больших, чем первый критический угол, во второ й среде возникает лишь поперечная волна;

- при падении поперечной ультразвуковой волны на границу раздела металл-воздух под углом отличным от нуля в общем случае отраженная волна содержит и продольную и поперечную составляющие этой волны.

Если между слоями 1 с ρ₁с₁ и 3 с ρ₃с₃ расположена среда 2 с ρ₂с₂, то прохождение УЗК из среды 1 в среду 3 улучшается. Максимум прохождения УЗК из среды 1 в среду 3 наступает, когда толщина слоя 2 равна Т=λ/4, а ρ₂с₂= √ ρ₁с₁ ρ₃с₃

Это явление используется для «просветления» границы раздела между средами.

Все приведенные выше соотношения справедливы для отражения ультразвуковых волн от зеркальных поверхностей. Зеркальная поверхность – поверхность, у которой высота неровностей во много раз меньше длины волны λ. Если поверхность раздела двух сред имеет неровности, размеры которых соизмеримы с длиной волны, наблюдается диффузное отражение, при котором волна рассеивается в разные стороны под различными углами. Этим объясняется меньшая амплитуда эхо-сигнала от неровной поверхности, чем эхо-сигнала от зеркальной поверхности при падении ультразвуковой волны перпендикулярно к границе раздела сред.

Отражение при нормальном и наклонном падении волны на отражающую поверхность, а –зеркальное, б- диффузное.

При падении ультразвуковой волны под некоторым углом к границе раздела сред энергия волны, отраженной в направлении к преобразователю, будет тем больше, чем больше неровности отражающей поверхности.