Ручной УЗК. Продукции
 Скачать 2.08 Mb.
|
|
Отражение и прохождение волн. Рассмотрение волны в неограниченном пространстве возмож- но только теоретически, поскольку это пространство имеет где-нибудь границу. Если вещество граничит с пустым про- странством (вакуумом), то никакая волна не может выйти за его границу, т.к. для распространения акустической волны нужны частицы какого-нибудь вещества. Следовательно, при падении волны на границу с пустотой, она должна в какой- либо форме вернуться от такой границы обратно в исходное вещество. Если поверхность границы гладкая, то произойдет отражение, если поверхность шероховатая (по сравнению с длиной волны) - рассеяние. Если за границей расположено другое вещество, с которым соединено первое, так, что возможна передача усилий, то волна может распространяться и дальше, во втором веществе, обычно с некоторым изменением направления, интенсивности или типа. Рассмотрим падение плоской волны из одного материала перпендикулярно плоской гладкой границе с другим материалом. По соображениям симметрии от границы будут распространяться две волны. Одна волна, тоже плоская, направлена перпендикулярно границе точно навстречу падающей - отраженная волна. Вторая - плоская, направлен- ная перпендикулярно границе и распространяющаяся во втором материале - прошедшая волна. Отношение звукового давления в отраженной волне к звуковому давлению в падающей волне называют коэффици- ентом отражения R (по звуковому давлению): 18  Z1+Z2 где Z. =р,-С, - импеданс первого материала, Z2 =р2-С2 - импеданс второго материала. Если коэффициент отражения имеет отрицательный знак, это говорит о том, что фаза звукового давления отраженной волны противоположна фазе давления падающей волны-. Отношение звукового давления в прошедшей волне к звуковому давлению в падающей волне называют коэффици- ентом прохождения (по звуковому давлению) D: 2 D = Z2 Z, + Z2 Коэффициент отражения R по энергии определяется . - R. ^2 ^1 \Z\ + Z2 j R = выражением: К '2Z,-Z2V ^ Z| + Z2 j 1 - R2. D = оэффициент прохождения (прозрачности) D по энергии определяется выражением: Таким образом видно, что чем больше разница волновых сопротивлений двух граничащих сред, тем больше доля отраженной энергии и тем меньше доля прошедшей энергии. Преломление и трансформация волны. При наклонном падении плоской звуковой волны на плоскую гладкую границу также возникают отраженные и прошедшие волны. Последние называются обычно преломленными, т. к. направление их распространения изменяется по отношению к направлению падающей волны. Звуковые давления в отраженной и прошедшей волнах являются функциями углов, скоростей и звуковых сопротивлений и рассчитываются по более сложным формулам, чем в случае перпендикулярно- го (нормального) падения волны на границу раздела двух сред.В случае наклонного падения может измениться не только направление, но и тип волны - продольные волны могут превратиться в поперечные и наоборот. 1 С  Рис. 1. 2 Направления отраженной и прошедшей волн определяются согласно общему закону преломления, который еще называют законом синусов или законом Снеллиуса (в иностранной литературе он называется законом Снелла): sinoc, _ С, since, С2 где С, и С2 - скорости двух произвольных волн, связанных общим процессом отражения и преломления, а, и а2— углы, под которыми распространяются волны. Если известны угол падения а, и скорость распространения С, волны в первом веществе, а также скорость- С, во втором веществе, то можно рассчитать угол преломления из формул: С2 . s С a, = arcs С  ina, = — sina 2 Если в качестве волн 1 и 2 взяты падающая и отраженная 0 волны в одном и том же веществе и обе они являются волнами одного типа (продольная или поперечная), то есть С,=С2, то sina2 = sina,; a2 = a,. Таким образом видно, что угол отражения равен углу падения. Если тип отраженной волны отличается от типа падающей волны, то , хотя они и распространяются в одном и том же веществе, их скорости будут различаться. В этом случае угол отражения будет отличаться от угла падения. Например, при наклонном падении продольной волны на границу раздела сталь - воздух могут возникать продольная и поперечная отраженные волны. Поскольку поперечная волна имеет меньшую скорость, то для нее угол отражения будет меньше, чем угол отражения продольной волны. На практике чаще всего встречается случай, когда падающая волна является продольной, а скорость продольной волны во втором материале больше, чем у падающей волны. Если увеличивать угол падения, то во втором материале будут распространяться продольная и поперечная преломлен- ные волны. При некотором угле падения угол преломления для продольной волны будет равен 90° и она превратится в головную волну. Этот угол падения продольной волны назы- вается первым критическим. При дальнейшем увеличении угла падения во втором материале остается только прелом- ленная поперечная волна в области углов от 30° до 90°. Углу 90° преломленной поперечной волны соответствует второй критический угол падающей продольной волны. Так как sin 90°=1, то первый и второй критические углы падения рассчитываются по формулам: Ркр1 = arcsin ^. '“'I ркр2 = arcsin^-, где Спад - скорость падающей продольной волны; С- скорость преломленной продольной волны; С,- скорость преломленной поперечной волны. Пои наклонном падении поперечной волны на границу 21 раздела существуют поперечная и продольная отраженные волны. Так как скорость продольной волны больше, то угол ее отражения будет больше, чем угол отражения поперечной волны. Существует третий критический угол для падающей поперечной волны, при котором угол отражения продольной волны равен 90° и в материале существует только отраженная поперечная волна. Из вышесказанного видно, что при различных углах падения на границе раздела двух сред могут происходить не только явления отражения и преломления волн, но и изменения их типа (так называемая трансформация волн). |