ACOPLAMENTO ACÚSTICO

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1 ACOPLAMENTO ACÚSTCO ) Características, comportamento e propagação de ondas ultrassônicas. Chamamos de infra-som, a faixa de freqüência de até 0 Hz e de som audível a faixa de 0 Hz a 0000 Hz. Acima desta freqüência define-se o ultra-som. Como sabemos toda substância é constituída por partículas. maginemos que esta substância seja composta de pequenas partículas de matéria, as quais estão interligadas por forças elásticas, podendo se mover em relação às suas posições de equilíbrio (fig. 7.). FG. 7-: ENTERLGAÇÃO DAS FORÇAS ELÁSTCAS NA MATÉRA Quando uma partícula é impulsionada, ela começa a vibrar e passa sua energia para as partículas adjacentes. Deste modo, a energia se propaga de uma partícula para as outras partículas da substância. O número de vibrações na unidade de tempo (freqüência) nos informa se e gerado infra-som, som audível ou ultrassom. É importante salientar que as partículas do meio em que se propaga a energia não caminham junto com a onda e sim executam um movimento de vibração ao longo de um eixo orientado. Dependendo do modo de vibração distinguimos três tipos básicos de ondas ultra-sônicas: ondas longitudinais, ondas transversais e ondas superficiais. a)onda longitudinal (ou de compressão): Aquela na qual as partículas do meio vibram na mesma direção da propagação da onda (fig. 7.). FG. 7-: ONDA LONGTUDNAL

2 Em distâncias iguais existem compressões de planos de partículas e entre eles, encontram-se zonas diluídas. As distâncias entre duas zonas de compressão determinam o comprimento de onda () de uma onda longitudinal. As zonas de compressão e de diluição movem-se através do corpo de prova com uma certa velocidade VL que é a velocidade da onda longitudinal. Esta velocidade do som é uma constante do material, isto é, difere de acordo com o material no qual a onda é propagada. Por tanto, a velocidade do som pode ser considerada constante em um material totalmente homogêneo. Para o aço, alumínio, água e ar, as velocidades das ondas longitudinais, são: A freqüência (f) indica o numero de vibrações por segundo efetuado por cada partícula. A correlação matemática dos três elementos definidos é: V L f. Como a velocidade do som e uma constante do material, a escolha de uma certa freqüência determinará o comprimento da onda ultra-sônica. A velocidade de propagação do som de uma onda longitudinal, pode ser calculada pela seguinte relação: V L E.( ). ( ). ( ) Onde: E = módulo de elasticidade de Young (N/m ) = constante de Poisson =densidade do material (kg/m 3 ) b) Onda transversal (ou de cisalhamento): É aquela na qual as partículas do meio vibram na direção perpendicular ao de propagação (fig. 7.3). Neste caso, observamos que os planos de partículas mantém-se na mesma distância um do outro, movendo-se apenas verticalmente. Desde que, existe um movimento de cisalhamento entre os planos, as ondas transversais são também denominadas ondas de cisalhamento. FG. 7-3: ONDA TRANSVERSAL Nos líquidos e gases, estas ondas não podem-se propagar devido a incapacidade dos ruídos de suportar forças de corte ou cisalhamento. A velocidade transversal do som também é uma constante do material: Da mesma forma anterior, a velocidade de propagação de uma onda transversal pode ser calculada em função das características físicas de um material: V T E.. ( ) G Onde: G = módulo de cisalhamento (N/m )

3 c) Ondas superficiais: São assim chamadas, pela característica de se propagar na superfície dos materiais. As ondas superficiais são do tipo secundário (o modo de vibração é uma combinação do modo de vibração longitudinal e transversal), e se dividem em 3 classes: -Ondas de Raleigh -Ondas de Love -Ondas de Lamb Delas, as mais importantes são as Ondas de Raleigh, as quais apresentam um movimento elíptico e se propagam exclusivamente na superfície de um sólido, cuja espessura seja maior que o comprimento de onda (fig. 7.4). FG. 7-4: ONDA SUPERFCAL DE RALEGH A velocidade de propagação das ondas de Raleigh é aproximadamente 0% inferior a velocidade de uma onda transversal, considerando o mesmo material de ensaio, e pode ser calculada pela seguinte relação empírica: V (0,87,). S V T As Ondas de Love propagam-se na superfície do material, sem componente normal. Apresentam um movimento paralelo à superfície, e transversal em relação à direção de propagação do feixe ( fig. 7.5). Sua aplicação restringe-se à inspeção de camadas finas de materiais que recobrem outros materiais ( por exemplo, chapas galvanizadas ou com eletrodeposição). FG. 7-5: ONDA SUPERFCAL DE LOVE Quando a espessura do material é comparável (igual ou aproximadamente igual) ao comprimento de onda, temos as Ondas de Lamb, sendo que elas se classificam em ondas simétricas e ondas assimétricas (fig. 7.6).

4 CHAPAS FNAS FG. 7-6: ONDA SUPERFCAL DE LAMB O ensaio ultra-sônico de materiais com ondas superficiais é utilizado com severas restrições, pois somente são detectados defeitos superficiais e nestes casos, existem métodos de ensaios não destrutivos mais simples (como por exemplo líquidos penetrantes, partículas magnéticas e correntes parasitas), que em geral são de custo e complexidade inferior ao ensaio ultra- sônico. d) ncidência Normal: Uma característica fundamental da propagação ondulatória é que, quando o som, no caso, atravessa vários meios de densidades diferentes, a freqüência de emissão não se modifica. Por exemplo: se você está no quarto em sua casa e alguém na sala está ouvindo musica num aparelho de som, as notas musicais que você ouve são as mesmas que são produzidas pelo aparelho, ou seja, que o som ao propagar-se pelo ar e as paredes da casa, não modifica a freqüência. Para cada mudança de meio (densidade), dizemos que corresponde a uma interface. Portanto, um meio qualquer com várias interfaces será sempre um meio descontinuo. Definimos a impedância acústica (Z) de um material como sendo o produto entre a densidade do meio pela velocidade de propagação da onda, ou seja: Z.V

5 A tabela 7. apresenta os valôres de densidade, velocidades longitudinal e transversal e impedância acústica de alguns meios. Tabela. Densidade, Velocidades de Propagação e mpedância Acústica de alguns Materiais. Material Densidade (kg/m 3 ) Veloc. Longit. V L (m/s) Veloc. Transv. V T (m/s) mpedância Acústica ( Z ) (kg/m. s) Aço Água ( 0 o C ) xxxxxx,5.0 6 Alumínio Ar, 330 xxxxxx 0, Borrachas xxxxxx,3.0 6 Cádmio Chumbo Cobre Estanho Ferro Fundido Glicerina xxxxxx,4.0 6 Latão Magnésio ,7.0 6 Níquel Óleo (SAE 0/30) xxxxxx,.0 6 Ouro Plexiglass ,.0 6 Porcelana Prata Quartzo Titânio Zinco

6 Consideremos agora, uma onda longitudinal se propagando em um meio e incidindo perpendicularmente em uma interface caracterizada pelo meio (fig. 7.7). ONDA TRANSMTDA FG. 7.7: NCDÊNCA NORMAL Para cada interface que o feixe acústico encontre, haverá sempre uma porcentagem que se transmite ao outro meio e uma porcentagem que reflete, sendo que, as quantidades transmitida B e refletidas dependem das velocidades dos meios e das suas densidades. Definimos os coeficientes de transmissão ou permeabilidade (T) e de reflexão (R) matematicamente através das relações: R r i T t i onde i, r e t são as intensidades (energia por unidade de tempo e por unidade de área) das ondas incidentes, refletida e transmitida, respectivamente. Como as intensidades das ondas sônicas são difíceis de se calcular, precisamos relacionar os coeficientes R e T em função das características acústicas dos meios e. As relações matemáticas abaixo, derivadas das anteriores, possibilitam o cálculo destes coeficientes: R ( Z (Z ) ) Z Z T 4. Z (Z. Z Z ) onde Z e Z são as impedâncias acústicas dos meios que formam a interface.

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