top of page

Ondas Ultrassônicas - Parte 1


Ondas ultrassônicas são ondas mecânicas (diferentes, por exemplo, das ondas de luz ou raios X que são ondas eletromagnéticas), que consistem na oscilação de partículas atômicas ou moleculares de uma substância, em torno de sua posição de equilíbrio.


Se estas vibrações repetem-se periodicamente durante um certo tempo (com uma certa frequência), o som pode ser classificado em infrassom, som audível e ultrassom.


Esta classificação é feita com referência ao ser humano que consegue ouvir som com frequência na ordem de 20 a 20.000 Hz (Hertz = ciclos por segundo = l/s).


A figura 01 mostra o espectro de frequências sonoras.

Espectro de frequências sonoras
Figura 1 - Espectro de frequências sonoras

As ondas ultrassônicas comportam-se da mesma forma que as ondas sônicas audíveis. Elas propagam-se em meios elásticos, os quais podem ser sólidos, líquidos ou gasosos, mas nunca no vácuo.

Em muitos aspectos, o feixe sônico é semelhante a um feixe de luz. Ambos são ondas e obedecem aos mesmos princípios. Cada um viaja na sua velocidade característica em um meio homogêneo, a velocidade depende das propriedades do meio e não das propriedades da onda.


Da mesma forma que um feixe de luz, o feixe ultrassônico é refletido nas superfícies, refratado quando atravessa a interface entre duas substâncias que têm diferentes velocidades sônicas e é difratado em bordas ou ao redor de obstáculos.

O espalhamento em superfícies rugosas reduz a energia do feixe sônico, da mesma maneira que reduz a intensidade de um feixe de luz.


As características gerais das ondas sônicas ou ultrassônicas são convenientemente ilustradas por analogia com o comporta­mento das ondas produzidas para um objeto jogado na água. Uma observação rápida pode levar a uma conclusão errada de que as ondas circulares que vão se formando transportam a água para fora do ponto de impacto.

 

O fato de que a água não é transporta­da pode ser facilmente comprovado se observado um pequeno objeto flutuando na água, que não se move em relação ao ponto de impacto, mas apenas sobe e desce.

 

As ondas movem-se para fora somente no sentido de que as cristas e vales (as quais podem ser comparadas com a compressão e rarefação das ondas sônicas nos meios elásticos) e a energia associada com as ondas propagam-se radialmente. As partículas de água permanecem no lugar, e apenas oscilam para cima e para baixo a partir de suas posições de descanso.


Continuando a analogia, a distância entre duas cristas ou vales sucessivos é o comprimento de onda (λ). A queda a partir de uma crista até o vale e a subsequente subida até a próxima crista chama-se ciclo. O número de ciclos em uma unidade de tempo é denominado de frequência (f) das ondas. A altura das cristas ou a profundidade dos vales em relação à superfície de equilíbrio é a amplitude das ondas (figura 2).

Onda sônica
Figura 2 - Onda sônica

A velocidade das ondas e a taxa com que a amplitude e a energia da onda decresce durante a propagação são constantes e são características do meio em que a onda está se movendo. Duas pedras de igual tamanho e massa, jogadas na água e no óleo com a mesma força, irão gerar ondas que viajarão com diferentes velocidades.


Pedras de tamanho e massa diferentes, jogadas num mesmo meio, irão gerar ondas com amplitudes diversas, porém com a mesma velocidade de propagação.

As características acima se aplicam similarmente às ondas sônicas e ultrassônicas, propagando-se em meios elásticos.


As partículas nos meios elásticos movem-se, mas não saem de suas órbitas espaciais; somente a energia viaja através do meio.

A amplitude e energia das ondas sônicas em um meio elástico de­pendem da energia fornecida. A velocidade e atenuação (perda gradual de amplitude e energia) das ondas sônicas dependem das propriedades do meio no qual a onda se propaga.



PROPAGAÇÃO DAS ONDAS


As ondas ultrassônicas propagam-se nos meios elásticos. Quando partículas atômicas ou moleculares são removidas de suas posições de equilíbrio por qualquer força externa, tensões internas agem para recolocar as partículas em suas posições originais.

Em razão das forças Inter atômicas existentes entre partículas adjacentes, o deslocamento de uma partícula induz a um deslocamento de partículas vizinhas, e assim por diante, propagando desta maneira uma onda elástica.

 

O deslocamento real de matéria que ocorre nas ondas ultrassônicas é extremamente pequeno.

A amplitude, modo de vibração e velocidade das ondas diferem nos sólidos, líquidos e gases em função da grande diferença na distância média entre as partículas nestes diferentes tipos de matéria.

Estas diferenças influenciam as forças de atração entre as partículas e o comportamento elástico dos materiais.

 

Os conceitos de comprimento de onda, ciclo, frequência, amplitude, velocidade e atenuação, descritos acima, são aplicáveis às ondas ultrassônicas e outras ondas sônicas.

A relação entre a velocidade do som, a frequência e o comprimento de onda são dados pela equação:

V = f x λ

Sendo: V = velocidade do som (m/s)

f = frequência (ciclo/s = Hz = 1/s)

λ = comprimento de onda (m)


Com base no modo de deslocamento das partículas, as ondas ultrassônicas são classificadas em ondas longitudinais, ondas transversais, ondas superficiais (Rayleigh e Creeping) e ondas de Lamb.



Ondas Longitudinais


Também chamadas de ondas de compressão, essas ondas são as mais utilizadas na inspeção de materiais metálicos.

Elas per­correm os metais como uma série alternada de zonas de com­pressão e rarefação nas quais as partículas transmitem a vibração, movendo-se para frente e para trás no mesmo sentido do de propagação da onda.

Para melhor exemplificar este tipo de onda, pode-se imaginar o primeiro plano de partículas próximo à superfície sendo acionado perpendicularmente a esta, defletindo e transferindo sua energia cinética aos planos subsequentes. Como a interligação entre as partículas é elástica, haverá um atraso desde o momento do impacto inicial, passando de plano a plano, conforme ilustrado na figura 3.

Propagação da onda longitudinal
Figura 3 - Propagação da onda longitudinal

As ondas longitudinais propagam-se facilmente em líquidos e gases tanto quanto em sólidos elásticos.

Em líquidos e gases as ondas propagam-se na forma de mudanças locais na densidade (flutuação da pressão) pela colisão entre uma molécula com a adjacente.

A velocidade das ondas longitudinais é de aproximadamente 6.000 m/s no aço, 1.500 m/s na água e 330 m/s no ar.


Veja a parte 2: Clique AQUI

 

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 ;)

1.037 visualizações

Comments


bottom of page