Wyznaczanie prędkości ultradźwięków

Wyznaczanie prędkości ultradźwięków
Cel:
 Zapoznanie się z podstawami defektoskopii ultradźwiękowej.
 Wyznaczenie prędkości rozchodzenia się ultradźwięków w ciałach stałych.
Pytania kontrolne:



Co to są ultradźwięki?
Od czego zależy prędkość rozchodzenia się ultradźwięków?
Na czym polega defektoskopia ultradźwiękowa?
Opis ćwiczenia:
Prędkość V fali ultradźwiękowej w badanym materiale wyznaczamy metodą echa.
Głowica nadawczo-odbiorcza, przytknięta do badanego materiału, wysyła krótkie impulsy
ultradźwiękowe. Są one wielokrotnie odbijane w próbce od obu jej powierzchni oraz
wewnętrznych defektów materiałowych. Powracające sygnały są rejestrowane przez głowicę i
wyświetlane na ekranie defektoskopu.
Ekran
defektoskopu
Próbka
x
H
t
Rys. 1. Schemat przejścia sygnału ultradźwiękowego przez próbkę
Droga przebyta przez n - te echo przemieszczającego się w czasie t sygnału
ultradźwiękowego w próbce o grubości H wynosi:
S  2nH  Vt .
(1)
Występujący w tym równaniu czas t jest mierzony pośrednio poprzez pomiar położenia x ntego echa na ekranie defektoskopu
t  x ,
(2)
gdzie  jest podstawą czasu defektoskopu wyrażoną w s/cm. W przypadku, gdy podstawa
czasu nie jest znana, konieczny jest pomiar echa dla materiału wzorcowego, o znanej
prędkości Vs rozchodzenia się ultradźwięków, np. stali. Pomiar ten umożliwia wyznaczenie
wartości podstawy czasu:

2n s H s
.
Vs x s
(3)
Przekształcając równania (1)-(3) znajdujemy prędkość fali ultradźwiękowej w badanym
materiale:
V
nH x s
Vs .
x ns H s
(4)
Pomiary wykonujemy dla kilku próbek różniących się grubością i rodzajem materiału z
którego są wykonane.
Literatura:
1. Ćwiczenia laboratoryjne z fizyki. Cz. 2, praca zbiorowa pod red. J. Kirkiewicza, WSM,
Szczecin, 2003.
2. Resnick R., Halliday D., Walker J., Podstawy fizyki T.1, PWN, Warszawa (dostępne
wydania).
3. Bobrowski C., Fizyka: krótki kurs, WNT, Warszawa (dostępne wydania).
4. Orear J., Fizyka T.1, WNT, Warszawa (dostępne wydania).