Прохождение ультразвуковой волны через границу раздела двух сред
ОБЗОРНЫЕ ЛЕКЦИИ К ГОСУДАРСТВЕННОМУ ЭКЗАМЕНУ
"Физические основы получения информации"
При падении продольной волны сl под углом β из одной среды в другую происходит отражение, преломление и трансформация волны и в общем случае возникают еще 4 волны:
- преломленные: продольная и поперечная;
- отраженные: продольная и поперечная.
Направление распространения отраженных и преломленных волн отличаются от направления падающей волны, однако все эти направления лежат в одной плоскости – плоскости падения. Плоскость падения – плоскость, образованная падающим лучом и нормалью к отраженной поверхности, восстановленной в точку падения луча.
Углы отражения и преломления можно рассчитать исходя из следующих соображений:
DA – фронт падающей волны;
BK – фронт отраженной волны;
BC – фронт преломленной волны.
Рассмотрим три треугольника: Δ BDA, Δ BKA, Δ BCA. Выразим в каждом треугольнике сторону АВ.
|
|
Δ BDA: Δ BCA: Δ BKA:
- выражение Снеллиуса
1) Первый критический угол
Угол падения продольной волны, при котором трансформируемая продольная волна во второй среде сливается с границей раздела сред, называется первым критическим углом (βIкр). Для пары оргстекло - сталь βIкр = 27,50.
2) Второй критический угол
Второй критический угол – это угол падения продольной волны, при котором угол преломления поперечной волны равен 900. Это волна называется поверхностной волной Релея. Для пары оргстекло - сталь βIIкр = 570.
3) Третий критический угол
На границу металл-воздух падает трансформированная поперечная волна и третьим критическим углом называется такой угол, при котором угол отражения продольной волны равен 900. Для стали βIIIкр = 330.
Плоская продольная волна падает перпендикулярно поверхности раздела двух сред с различными акустическими сопротивлениями. Часть волны отражается, а часть проходит.
Амплитуды волн выражаются через:
Аот = R*Апад, где R - коэффициент отражения;
Апр = D*Апад, где D – коэффициент прозрачности;
Интенсивности волн:
Jпад = Jотр + Jпр
Из закона сохранения энергии следует, что интенсивность падающей волны равна интенсивности отраженной и прошедшей волн. На границе раздела двух сред должно выполняться условие непрерывности: давление и скорость не должны испытывать скачков. Смещение точки в преломленной волне есть алгебраическая сумма смещений, вызванных падающей и отраженной волнами.
Подставляем во второе уравнение системы значение интенсивности через амплитуду:
, где - коэффициент отражения по амплитуде
|
|
, где - коэффициент прозрачности по амплитуде
- коэффициент отражения по энергии
- коэффициент прозрачности по энергии