Законы отражения и преломления упругих волн

Аналогично законам оптики законы отражения и прелом­ления упругих волн формулируются следующим образом:

1 Отраженные и преломленные лучи лежат в одной плос­кости с падающим лучом и нормалью к поверхности раздела сред, проведенной в точке падения;

2 Угол отражения волны равен углу ее падения (рассматривается только для одинакового типа волн);

3 Углы падения, отражения и преломления связаны соотношением, названным законом Снелиуса и формулируе­мым следующим образом. Отношение синусов углов падения, отражения и преломления к скоростям распространения упру­гих волн в соответствующих средах есть величина постоянная:

(31)

Зная скорость распространения ультразвуковых колебаний в призме и в контролируемом изделии, можно рассчитать значения углов падения или углов преломления.

7 Третий критический угол β _{кр 3}

Рассмотрим падение поперечной волны на границу металл – воздух из металла.

При углах падения на границу раздела менее β _{кр 3} = 33°, от границы раздела обратно в металл отражаются две волны: поперечная и трансформированная из поперечной продольная волны (рисунок 39, а).

При увеличении угла падения β до угла β _{кр 3} = 33°, отраженная продольная волна l ₁ начинает скользить по границе раздела под углом, близким к 90° (точнее 81˚). Такую волну называют неоднородной волной, которая с расстоянием быстро затухает. Быстрое затухание связано с образованием головной волны, которая в свою очередь порождает семейство дифракционных боковых волн, как и в случаях с рассмотренными выше первым и вторым критическими углами. Наименьший угол падения поперечной волны t, при котором отсутствует отраженная продольная вол­на l ₁, называетсятретьим критическим углом β _{кр з} (рисунок 39, б).

При дальнейшем увеличении угла паденияβ свыше β _{кр 3} = 33° продольная волна исчезает, а от границы раздела обратно в металл отражается только поперечная волна (рисунок 39, в).

Рисунок 39 – Отражение поперечной волны при падении ее под углом на границу раздела сталь – воздух: а) в случае β < β _{кр 3}; б) в случае β = β _{кр 3};в) в случае β ˃ β _{кр 3}.