¿Cómo reaccionan las ondas sonoras a las interfaces?
Para la propagación del sonido existen límites cuando se unen dos medios con diferentes propiedades elásticas. Si una onda de sonido con un frente de onda plano golpea una interfaz entre dos medios que de otro modo serían infinitos, se refleja parcialmente como una onda plana y parte pasa a través de la interfaz (fig. 28). La relación entre la presión sonora de la onda reflejada pr y la presión de la onda entrante pe es el factor de reflexión R:
La relación entre la onda pasajera pd y la onda incidente pe es el factor de transmisión D
Para la magnitud de R y D son decisivas las impedancias acústicas Z, = p, c, y Z, = p2c2 de ambos medios, ecuaciones (25) y ( 26).
(En la tabla 1 se proporciona un estudio).
Entre las ecuaciones (25) y (26) existe la relación (27)
La presión que pasa a través de la interfaz y la amplitud de la presión reflejada no suman en ningún caso 1, es decir, su suma no es la presión de la onda incidente. Esta relación solo se aplica a la energía.
Si se invierte la disposición de las interfaces, como ocurre necesariamente con el método del eco, se obtiene (25'):
La magnitud de la amplitud reflejada sigue siendo la misma: solo se invierte la fase.
Como los factores R y D o R' y D' representan relaciones, también se pueden dar como valores en dB. Esto debería representarse con el ejemplo de la transferencia de sonido del acero al agua:
Por tanto, la magnitud de la amplitud reflejada es solo 0,6 dB menor que la de la amplitud incidente (reflexión casi ideal).
La onda que pasa del acero al agua tiene una presión sonora de aprox. 24 dB por debajo de la presión sonora de la onda incidente. Si la onda sonora golpea la interfaz en ángulo, entonces las ondas reflejadas y las ondas que pasan a través de la interfaz son más complicadas de calcular. Pero hay que tener en cuenta otro efecto importante del impacto inclinado: la refracción al pasar a través de la interfaz cambia la dirección de propagación de la onda sonora según la ley de refracción de Snell (fig. 29).
En los cuerpos sólidos también hay conversiones de modos de onda cuando las ondas se refractan en las interfaces. Una onda longitudinal incidente en la fig. 29 genera, en el medio 2, una onda longitudinal refractada y también una onda transversal refractada. Aquí se aplica la ley de refracción (32):
Si sen ß long = 1 entonces el ángulo límite es (fig. 30) ecuación (33)
Para el ángulo de refracción a > a ya no hay ninguna onda longitudinal en el medio 2, solo hay ondas transversales. Si sen f trans = 1 entonces hay un segundo ángulo límite a" (fig. 31) ecuación (34).
Para un ángulo de refracción mayor que a" no hay onda longitudinal ni transversal en el medio 2, hay ondas superficiales y solo existen en la interfaz. Con la ley de refracción solo se puede calcular la dirección de propagación de la onda refractada, pero no su amplitud. Aparte de eso, la ley de refracción no deja claro que las ondas transversales siempre estén polarizadas linealmente después de haber sido reflejadas o refractadas. Con la práctica de las pruebas existe una complicación adicional: nunca existen frentes de onda ilimitadamente planos: el haz de sonido es limitado y los frentes de onda no son planos. Sin embargo, la reflexión en las interfaces es el fenómeno más importante en las pruebas ultrasónicas de materiales. Con las sondas de haz angular (fig. 11) se utiliza la refracción con un ángulo de refracción mayor que a' para generar solo una onda transversal polarizada lineal en el material. El comportamiento de la onda reflejada en las proximidades de los ángulos límite se puede aprovechar para evaluar las propiedades elásticas del material (reflectividad del ángulo crítico).
