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Comportamento das Ondas Sônicas - Parte 2

Clique AQUI para conferir o primeiro artigo.


As equações que servem para o cálculo dos coeficientes de reflexão e transmissão, em termos de pressão sônica, estão ex­pressas a seguir:






Onde:  


R = coeficiente de reflexão

T = coeficiente de transmissão

P𝑖 = pressão sônica do feixe incidente

P𝒓 = pressão sônica do feixe refletido

P𝑡 = pressão sônica do feixe transmitido

Z₁ = impedância acústica meio 1 (kg/m²s)

Z₂ = impedância acústica meio 2 (kg/m²s)


Como exemplo, calculando-se a pressão sônica para os coeficientes R e T na interface aço-água, teremos:


Z(aço) = 46 x IO⁶ kg/m²s


Z(água) = 1,5 x lO⁶ kg/m²s





Expressa em porcentagem, a onda refletida terá - 93,5% da pressão sônica incidente e a onda transmitida 6,5%.

O valor negativo indica que a onda está em fase inversa à da onda incidente-se num determinado momento à onda incidente atingiu o seu ponto máximo positivo de pressão sônica, a onda refletida estará no mesmo momento em seu ponto máximo negativo na interface.

Este caso está exemplificado na figura 1(a). Normalmente não existe interesse em saber o valor da fase, podendo o valor negativo ser omitido ser qualquer problema.




Onda refletida interface aço-água
(a) Interface aço-água
Onda refletida interface água-aço
(b) Interface água-aço

Figura 1 - Análise da pressão sônica da onda refletida e transmitida


Se, no caso inverso (figura 1 b), uma onda que per­corre a água atinge a interface com o aço, a mudança da posição dos valores na fórmula levará aos seguintes resultados:


R= 0,935  e T =1,935


Desde que R e T sejam positivos, as ondas incidentes, refletidas e transmitidas estão na mesma fase.

 A onda transmitida terá 193,5% da pressão sônica.

A primeira vista, pressão sônica excedendo 100% parece contradizer a lei de conservação de energia.

Porém a intensidade sônica (energia por unidade de tempo e unidade de área) não é apenas calculada a partir da pressão sônica, mas também considerando a impedância acústica dos materiais.

Uma vez que a impedância do aço é muito maior que a da água, o cálculo mostra que a intensidade da onda transmitida no aço é muito menor que na água, independente do fato de a pressão sônica ser maior.


INCIDÊNCIA OBLÍQUA


Somente quando uma onda ultrassônica incide perpendicularmente em uma interface entre dois materiais (ângulo de incidência = 0) é que ocorre apenas reflexão e transmissão, sem a mudança na direção do feixe sônico.

Em qualquer outro ângulo de incidência, os fenômenos da conversão de modo (mudança do tipo de oscilação ou tipo de onda) e refração (mudança na direção de propagação) devem ser considerados.

Estes fenômenos podem afetar todo o feixe sônico ou apenas parte dele, sendo o total das mudanças dependente do ângulo de incidência, e das velocidades sônicas dos feixes que deixam a interface no ponto de contato.

Todas as ondas ultrassônicas possíveis de serem geradas neste ponto por uma onda incidente estão mostradas na figura 2.


Possíveis ondas geradas em uma interface a partir de uma onda longitudinal incidindo obliquamente
Figura 2 - Possíveis ondas geradas em uma interface a partir de uma onda longitudinal incidindo obliquamente

Nem todas as ondas mostradas na figura 2 serão produzi­das em todos os tipos de interface e ângulo de incidência.

As ondas que se propagam em um determinado instante dependem da possibilidade do tipo de onda existir naquele meio, do ângulo de incidência do feixe inicial e das velocidades sônicas dos materiais que compõem a interface.

A lei geral que descreve o comportamento das ondas sônicas em interfaces é conhecida como lei de Snell.

Embora original­mente concebida para ondas de luz, a lei de Snell é aplicável às ondas sônicas, incluindo as ultrassônicas e muitos outros tipos de onda. Matematicamente, a lei de Snell pode ser expressa como:






Onde:

𝛂 = ângulo do feixe incidente

𝛃 = ângulo do feixe refletido ou refratado

V = velocidade do som no meio 1

V = velocidade do som no meio 2

Para o cálculo dos ângulos de reflexão ou refração, os valoresV1 eV2 da equação devem ser substituídos pelas velocidades do som correspondentes ao tipo de onda incidente (longitudinal, transversal ou superficial) e ao tipo de onda refletida ou refratada (longitudinal, transversal ou superficial).



 

Ficou alguma dúvida, então envie um e-mail para contato@multiend.com.br que estaremos prontos para tirar sua dúvida.


PS: Ah, se tiver algum assunto que gostaria de ver abordado por aqui, basta entrar em contato pelo mesmo e-mail ;)


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