5.) Какие виды поверхностных волн могут распространяться на границах раздела сред и в чём их особенность? Опишите возможные способы возбуждения поверхностных волн.

Простейшими и наиболее часто встречающимися поверхностными волнами являются волны Рэлея. Фазовая скорость этих волн определяется выражением

Например для металлов (  0,3) c_s  0,9c_t.

Данные волны способны распространяться на большие расстояния по поверхности твердого тела. Энергия их локализована в поверхностном слое толщиной  - 2. При распространении волны частицы тела движутся, вращаясь по эллипсам, большая ось w которых перпендикулярна границе, а малая u параллельна направлению распространения. Графическое изображение этой волны приведено на рис.1.5. Волны, подобные рэлеевским, могут распространяться не только вдоль плоских, но и вдоль искривленных поверхностей, правда с большим затуханием.

На границе твердое тело - жидкость возможно распространение затухающей и незатухающей волн рэлеевского типа (рис.1.6, а). Затухающая волна рэлеевского типа при распространении непрерывно излучает энергию в жидкость, образуя в ней отходящую от границы неоднородную волну. При распространении незатухающей волны ее энергия и движение частиц локализованы в основном в жидкости.

На границе двух твердых сред, схожих по плотности и модулям упругости, может распространяться поверхностная волна Стонли (рис.1.7, а). Эта волна состоит как бы из двух рэлеевских волн (по одной в каждой среде). Фазовая скорость волн Стонли меньше значений c_l c_t в обеих граничных средах.

На границе твердого полупространства с твердым слоем существуют волны с горизонтальной поляризацией - волны Лява (рис.1.7, б). Эти волны чисто поперечные: в них имеется только одна компонента смещения v, а упругая деформация в волне представляет собой чистый сдвиг.

Поверхностные волны успешно применяются для выявления дефектов вблизи поверхности изделия. Они избирательно реагируют на дефекты в зависимости от глубины их залегания. Дефекты, расположенные на поверхности, дают максимальное отражение, а на глубине большей длины волны практически не выявляются.

Основным способом возбуждения поверхностных волн на поверхности твердых тел является применение наклонных ПЭП с β > β'', где β – угол падения волны на поверхность, β'' – второй критический угол.

6.) В чём особенность нормальных волн и в каких условиях они могут существовать? Физический смысл дисперсии скорости звука. Практические способы возбуждения нормальных волн.

Нормальные волны распространяются в пластинах (тело имеет две свободные поверхности) на большие расстояния и довольно широко используются в настоящее время для контроля листов, тонкостенных оболочек, труб. Важным преимуществом этих волн является то, что они могут применяться для обнаружения не только дефектов, перпендикулярных направлению распространения волны, но и дефектов, ориентированных параллельно поверхности пластины (расслоений).Нормальные волны в стержнях по своим качественным характеристикам и свойствам полностью аналогичны волнам Лэмба и поперечным нормальным волнам в пластинах. Свойства этих волн определяются параметрами упругости и плотностью материала, частотой  и поперечным размером волновода - диаметром d стержня, который аналогичен здесь толщине 2h пластины. Нормальные волны в стержнях подразделяются на три типа: продольные, изгибные и крутильные.Нормальные волны всех типов порядка выше нулевого, как и в пластинах, появляются в стержнях только при значениях d порядка длины поперечной волны.

Дисперсия скорости является важной особенностью нормальных волн. На графике (рис.1.10) показаны дисперсионные кривые для нормальных волн, т.е. кривые зависимости c_p/c₂ от h/₂ для разных значений n. Видно, что в точках, где h/=1/2,1,3/2 и т.д., фазовые скорости обращаются в бесконечность. Это означает, что вся поверхность слоя колеблется одновременно. Когда h/₂ для всех значений скорость стремится к c₂ - скорости обычной волны.Волны с нечетными значениями n называют симметричными, т.к. движение частиц в них симметрично оси пластины. Волны с четными значениями n являются антисимметричными. Фазовая скорость волны c_p определяет скорость распространения фазы вдоль пластины. Она позволяет вычислить длину волны вдоль пластины. Скорость распространения импульса характеризуется групповой скоростью которая нигде не обращается в бесконечность. Она совпадает с фазовой скоростью, когда фазовая скорость слабо зависит от частоты.

Рисунок – Дисперсионные кривые нормальных волн в жидком слое.

Возбуждается с помощью продольной волны падающей из внешней среды под некоторым углом. Нормальная в пластине – возбуж. наклонным ПЭП. Норм стержневая – прямым или наклонным ПЭП.