Природа и свойства УЗ-колебаний.

1. Ультразвук – это упругие колебания и волны высокочастотной части спектра акустических волн.

2. Акустическими (упругими) волнами называют распространяющиеся в упругой среде механические возмущения (деформации). Упругие волны могут возникать в любой среде: твердой, жидкой, газообразной. Возмущения от источника передаются частицам среды, которые начинают колебаться относительно своей точки равновесия. Эти колебания передаются соседним частицам, которые тоже начинают колебаться, затем все новым и новым, и возникает упругая волна.

3. Основное свойство упругих волн состоит в том, что в волне осуществляется перенос энергии без переноса вещества.

4. Пространство, в котором распространяются упругие волны, называется звуковым или акустическим полем.

5. Линию, указывающую направление распространения волны называют лучом, а границу, отделяющую колеблющиеся частицы от частиц среды, еще не начавших колебаться – фронтом волны. Это определение фронта волны характерно для кратковременных возмущений (импульсов), а вообще фронт волны – это геометрическое место точек среды, в которых в рассматриваемый момент времени фаза волны имеет одно и тоже значение.

6. Упругие волны характеризуются параметрами:

l -длиной; ¦ -частотой и с - скоростью распространения (скорость распространения фронта волны), которые связаны зависимостью:

или ,

где Т - период колебания [сек], т.е. длительность одного полного цикла колебаний данного периодического процесса. Он характерен для гармонической волны. Так как внешняя сила, приложенная к неограниченной среде, изменяется гармонически, то вызванную его волну называют гармонической или синусоидальной. Для гармонической волны с периодом колебаний Т, прошедшей расстояние , закон изменения какой-либо физической величины ав функции времени t (рис. 2.1) записывается уравнением:

,

где А - амплитуда колебаний, т.е. максимальное отклонение системы от положения равновесия, она равна абсолютному значению наибольшего отклонения; k – волновое число или волновой вектор, ориентированный в направлении распространения волны, абсолютная величина которого , т.е. равна числу волн на отрезке 2p; w - круговая или циклическая частота w = 2 p×f

7. l-длина волны, т.е. расстояние на которое волна распространяется за один период колебаний частицы среды.

8. Частотой , [с^-1]-называют величину, показывающую сколько раз в секунду повторяется колебание. Частоту f = 1× с^-1 (одно колебание в сек.) – называют Гц. При УЗ контроле применяют скорость в миллионах колебаний в секунду (МГц). Значение аргумента функции cos при каждом фиксированном "t" называют фазой. Фаза показывает какая часть амплитуды достигнута в определенный момент времени, и при изменении расстоянии r на длину волны l или времени t на период колебания Т фаза меняется на 2 p, а значение "а" не меняется. Это свойство характеризует периодичность процесса в пространстве и времени, т.е. формула показывает, что величина "а" периодически меняется во времени и пространстве.