3.Коефіцієнти відбиття і поглинання, їх взаємозв’язок.

Послаблення амплітуди (А) і інтенсивності (І) плоскої хвилі, що поширюється в середовищі, визначається затуханням. Це послаблення відбувається за законом:

де δ – коефіцієнт затухання, м-1.

Коефіцієнт затухання складається з коефіцієнтів поглинання та розсіяння:

При поглинанні звукова енергія переходить в теплову, а при розсіянні залишається звуковою, але відхиляється від напрямку поширення хвилі в результаті відбиття від неоднорідного середовища .

В газах і рідинах, які не містять пухирців, різних дрібних частинок, розсіяння відсутнє, і затухання визначається лише поглинанням. Коефіцієнт поглинання пропорційний квадрату частоти. У зв’язку з цим в якості характеристики поглинання звука в рідинах і газах вводять параметр: . Для деяких речовин ці параметри подаються у вигляді табличних даних.

В твердих тілах коефіцієнти затухання різні. Частіше в них роль розсіяння більша за поглинання.

Поглинання визначає затухання акустичних хвиль в аморфних тілах, а також в монокристалах. В залежності від того, який фізичний механізм втрат в даному твердому тілі має переваги, коефіцієнт поглинання буває пропорційний значенню f або f².

При довжині хвилі ( - середній діаметр зерна) затухання в основному визначається поглинанням.

В загальному випадку на границі розділу двох середовищ в результаті падіння плоскої хвилі під кутом β виникають по дві відбитих і заломлених хвилі (повздовжніх і поперечних). Якщо одне середовище є рідиною або газом, то поперечні хвилі відсутні. Напрямок хвилі характеризується кутами відбиття і заломлення, а амплітуди – коефіцієнтами відбиття R і проходженняD. Ці коефіцієнти рівні відношенню амплітуд відповідних відбитих ( пройшовши) і падаючих хвиль. Коефіцієнти відбиття і проходження по енергії: ,

Коефіцієнт проходження (відбиття) по енергії рівний добутку відповідних коефіцієнтів проходження (відбиття) по амплітуді в прямому і зворотному напрямах через границю розділу тіл: ,

Де -- коефіцієнт проходження для поперечної хвилі при падінні повздовжньої хвилі,

і -- інтенсивності падаючої і заломленої хвиль відповідно.

де -- коефіцієнт проходження по амплітуді для падаючої повздовжньої хвилі і заломленої поперечної хвилі,

-- коефіцієнт проходження по амплітуді для падаючої поперечної хвилі і заломленої повздовжньої хвилі.

Це має місце, коли один і той же перетворювач і випромінює, і приймає акустичні хвилі.

Сума всіх коефіцієнтів відбиття і проходження по енергії рівна одиниці (закон збереження енергії):

- в загальному випадку.

При дослідженні коефіцієнтів відбиття і проходження ультразвука використовують сферичні хвилі, що розходяться в межах деякого тілесного кута. Тому значення коефіцієнтів відбиття і проходження ультразвука усереднюються в деякому інтервалі кутів падіння, а отже, наведені в таблицях теоретичні значення цих коефіцієнтів при експериментах підтверджуються наближено.

Якщо два середовища розділені шаром товщиною h, то коефіцієнти відбиття та заломлення залежать від співвідношення товщини шару h і довжини хвилі λ.

При нормальному падінні повздовжньої хвилі напівхвильовий шар (або йому кратний) не впливає на її відбиття і проходження. Чверть хвильовий шар (або йому кратний) призводить до погіршення проходження, коли характеристичний імпеданс одночасно більший або менший імпедансів обох середовищ. Якщо від одного імпедансу менший, а від другого більший, то коефіцієнт проходження збільшується.

Коефіцієнт проходження досягає одиниці, коли:

і .

Для коротких імпульсів і шарів з великим затуханням звука вказані закономірності виконуються приблизно, максимуми і мінімуми проявляються нечітко.

У випадку h<< λ_с, коли по обидві сторони шару одинакове середовище (z=z’), коефіцієнт відбиття рівний:

.