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Comportamento das ondas Sônicas - Parte 1

Quando as ondas sônicas que percorrem um material atingem a interface com um segundo material, parte da energia acústica incidente é refletida de volta para o primeiro meio e a energia restante é transmitida para o segundo meio (figura 1).

Reflexão e transmissão da onda sônica
Figura 1 - Reflexão e transmissão da onda sônica

A característica que determina a quantidade de energia refletida ou transmitida é a impedância acústica dos materiais que com­põem a interface.

Se as impedâncias acústicas dos dois materiais forem iguais, não haverá reflexão, e toda a energia será transmitida; se as impedâncias forem muito diferentes (como na inter­face metal-ar, por exemplo), haverá apenas reflexão.

Esta característica é usada no ensaio por ultrassom para calcular as quantidades de energia refletida e transmitida por descontinuidades e para selecionar materiais adequados para uma efetiva transmissão de energia acústica entre componentes em sistemas de inspeção.

A impedância acústica é definida como o produto da massa específica pela velocidade sônica do material, conforme expresso abaixo:


Z = ρ.V


Onde:

Z = impedância acústica (kg/m²s)

ρ = massa específica (kg/m³)

V = velocidade do sim (ms)


As propriedades acústicas de diversos metais e não-metais estão relacionadas na tabela 1. As propriedades acústicas dos me­tais e ligas são influenciadas por variações na estrutura e condições metalúrgicas.

Consequentemente, para uma determinada peça, as propriedades podem ser algo diferente dos valores da tabela 1.

A porcentagem da energia acústica incidente que será refletida pela interface depende da razão entre as impedâncias acústicas (Z₂/Z₁) e do ângulo de incidência (α).


Tabela 1 - Propriedades acústicas dos materiais

Propriedades acústicas dos materiais

A velocidade do som depende da massa específica, do módulo de elasticidade, do coeficiente de Poisson e do módulo de rigidez do material.

É possível calcular a velocidade sônica nos materiais através das expressões a seguir:


Ondas longitudinais:

Fórmula ondas longitudinais



Ondas transversais:

Fórmula ondas transversais




Onde:

Vւ = velocidade da onda longitudinal (m/s)

Vт = velocidade da onda transversal (m/s)

G = módulo de rigidez (kg/ms²)

E = módulo de elasticidade (kg/ms²)

μ= coeficiente de Poisson

ρ = massa específica (kg/m³)


Incidência normal


Quando o ângulo de incidência é 0° (incidência normal na interface), o coeficiente de reflexão (R) que é a razão entre intensidade do feixe incidente e a intensidade do feixe refletido, e o coeficiente de transmissão (T), que é a razão entre a intensidade do feixe incidente e a intensidade do feixe transmitido, podem ser expressos por:





Onde:


R = coeficiente de reflexão

T = coeficiente de transmissão

I𝑖 = intensidade do feixe incidente

I𝒓 = intensidade do feixe refletido

I𝑡 = intensidade do feixe transmitido

Z= impedância acústica meio 1 (kg/m²s)

Z = impedância acústica meio 2 (kg/m²s)


Em razão de que toda a energia incidente é transformada em energia refletida e transmitida, um dos coeficientes pode também ser obtido através da expressão R +T = 1.

Os coeficientes são normalmente expressos em porcentagens.

Calculando-se os coeficientes de reflexão e transmissão para a interface aço-água, como exemplo, teremos:


Z(aço) = 46 x IO⁶ kg/m²s


Z(água) = 1,5 x lO⁶ kg/m²





T = 1 - 0,88 = 0,12



Assim, teremos apenas 12% da intensidade sônica que chega na interface sendo transmitida para o segundo meio. Os restantes 88% serão refletidos.

As equações acima referem-se ao cálculo da intensidade sônica, que é definida como a quantidade de energia transmitida por unidade de área (W/m²).

Pode-se também calcular os coeficientes de reflexão e trans­missão para a pressão sônica que é a amplitude de pressão exercida no material pela passagem do som (N/m²).

Em termos práticos, a pressão sônica é a energia mecânica recebida pelo cabeçote e transformada em energia elétrica.

 

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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