Reflexia Undelor Acustice

Date introductive

II În adâncul mărilor

III Reflexia sunetelor in lumea animală

IV Măsurarea grosimilor

V Acustica sălilor de spectacol

Date introductive

Un corp sau un sistem de corpuri se considera in mişcare de vibraţie când efectuează oscilaţii relativ mici in jurul unei poziţii locale de echilibru.

Vibraţiile si undele locale al căror spectru de frecventa este cuprins in intervalul 20 Hz- 20 kHz, la care este sensibila si urechea umana, se numesc acustice. Valori mai mici ale frecventelor (infrasunete), se intalnesc la vibraţiile structurilor mecanice grele si de dimensiuni relativ mari, la elementele si structurile din construcţii precum si la undele seismice. Frecvente mai mari de 20 kHz sunt tipice domeniului larg al oscilaţiilor si undelor ultrasonore.

Aproximarea cea mai simpla a câmpului acustic in spaţiul liber este aceea geometrica, ce considera energia radianta după o anumita direcţie. Folosind noţiunea de raza, preluata din optica, aceasta metoda presupune ca dimensiunile geometrice ale obstacolelor sau deschiderilor ce stau in calea razei acustice sunt mult mai mari decât lungimea de unda a sunetelor. Descompunerea câmpului acustic in raze explica intr-un mod simplu fenomenele acustice importante precum refracţia sau reflexia sunetelor.

Spre deosebire de câmpul liber, in spatiile inchise un rol important revine legilor reflexiei sunetului. Se considera astfel un perete situate la distanta d de o sursa punctiforma. In punctul de recepţie R, pe langa raza directa va ajunge si raza reflectata, provenita din imaginea oglindita, S' a sursei S. (fig. 1) Intensităţile celor doua surse se pot insuma energetic, eroarea de aproximaţie făcuta micsorandu-se pe măsura indepartarii de surse. Puterea sursei din vecinătatea peretelui ramane neschimbata, cată vreme intensitatea se dublează ca urmare a micşorării unghiului solid de radiaţie de la 4π la 2π

In cazul înlocuirii peretelui cu suprafeţe de forma complicate, se utilizează modele ultraacustice greu de realizat, pe care nu poate fi reprodus fenomenul de ecou. Aceasta se explica prin faptul ca nu pot fi modelaţi coeficienţii de reflexie r sau de transmisie acustica r ai mediului respectiv, coeficienţi ce definesc raportul dintre fluxul de energie reflectata sau transmisa si energia incidenta:

r = Er/Ei r = Et/Ei

II In adâncul marilor

Lochul ultrason Doppler

Lochul ultrason isi bazează funcţionarea pe proprietăţile propagării ultrasunetelor in apa de mare si pe efectul Doppler : daca un fascicul de impulsuri de ultrasunete emis de la nava orizontal spre prova este reflectat de un obstacol fix întâlnit in cale, ecoul recepţionat la bord are o frecventa diferita de cea de emisie; diferenţa dintre frecventa de emisie a impulsurilor de ultrasunete si cea de recepţie este proporţionala cu spaţiul parcurs de nava in intervalul de timp dintre momentul emisiei si recepţiei impulsurilor, care este funcţie de viteza navei.

Viteza medie de propagare v a ultrasunetelor in apa de mare la temperatura de 13°C este de 1500 m/s. Viteza navei V cu care se deplasează emiţătorul si receptorul de ultrasunete este apreciabil mai mica; spre exemplu viteza medie a navelor maritime comerciale poate fi considerata 15 Nd = 7,5 m/s. In acest caz, in care V are o valoare neînsemnata comparativ cu v, diferenţa Af dintre frecventa de emisie si cea de recepţie a impulsurilor de ultrasunete (frecventa Doppler) se afla in următoarea relaţie cu V: f = 2V f.

Pentru măsurarea vitezei in navigaţie folosind efectul Doppler, nu se găsesc obiecte fixe in prova navei capabile sa reflecte ultrasunetele.

De aceea fasciculul de ultrasunete este dirijat in jos pe direcţia S(R) - F, de un unghi θ fata de orizontala si reflexia este realizata pe fundul marii in F; la lungimea de unda foarte mica a ultrasunetelor, particulele cele mai fine ale fundului marii sunt capabile sa cauzeze dispersia acestora, astfel ca o parte a energiei reflectate este recepţionată la bord. (fig.2) Componenta vitezei navei de-a lungul fasciculului de ultrasunete fiind Vcos θ , relaţia dintre viteza Doppler si viteza navei devine: f = 2 Vcos θf.