Ultrassom em testes de materiais
Até agora, o tema abordava as propriedades básicas do som e também as do som audível. Com o ultrassom, os processos físicos são os mesmos do som audível, mas com o primeiro as oscilações ocorrem tão rapidamente que não podem ser ouvidas pelo ouvido humano. Considerando que o limite de audibilidade é de aproximadamente 0,02 MHz, o teste ultrassônico usa frequências entre aplicativos. 0,5 MHz e 20 MHz (1 MHz = 1.000.000 oscilações por segundo). Essa propriedade do ultrassom, 1. e. que não poder ser visto, ouvido ou reconhecido de qualquer outra forma pelos seres humanos não simplifica a compreensão dos seus efeitos, mas tem a vantagem de que, durante o teste, a intensidade sonora pode ser selecionada de um nível alto que seria insuportável se estivesse na faixa audível. Agora, é hora de descrever as oscilações ultrassônicas com mais detalhes. Qualquer meio, seja sólido, fluido ou gasoso, pode oscilar. Se as oscilações ocorrerem tão rapidamente que fiquem acima do limite de audibilidade humana, elas serão chamadas de ultrassônicas. Na verdade, são as pequenas partículas do meio (imaginadas como elasticamente interconectadas) que oscilam. O tipo de oscilação é determinado pelas propriedades elásticas do meio e pelo pulso que faz o meio oscilar. A onda sonora se propaga no meio a uma velocidade sonora c. Pode-se descrever a oscilação sonora como um movimento das partículas no material, por exemplo, com o desvio da partícula = f (z, t) em função da localização e do tempo ou como uma mudança na pressão sonora p = f (z, t) com local e horário. Ao nos referirmos à pressão sonora em testes de materiais, queremos dizer a pressão sonora que alterna com as oscilações. A pressão sonora pi é tão importante porque o potencial elétrico gerado pela placa apiezoelétrica U = f (z, t) é diretamente proporcional à pressão sonora da onda sonora incidente e vice-versa. A Figura 14 mostra a propagação do som em corpos fluidos, gasosos e sólidos. As partículas oscilam na direção de propagação da onda. Tais oscilações são chamadas de ondas longitudinais. Partículas compactadas significam desvios menores, por isso a alta velocidade das partículas e alta pressão sonora. Se as forças de cisalhamento podem ser transferidas em meios (o que é principalmente o caso em sólidos), as partículas também podem vibrar transversalmente à direção de propagação da onda e é por isso que são conhecidas como ondas transversais (fig. 15). Mas, no entanto, tais casos ideais só podem existir em meios infinitos. Se, durante um teste, ocorrer algum efeito nos limites externos da amostra de teste, por exemplo, em placas, varetas etc., criam-se complicadas formações de ondas mistas: ondas de placas, ondas de varetas (fig. 16) e ondas de superfície. As equações aplicáveis às ondas longitudinais e transversais puras não se aplicam a elas. Todos esses tipos de ondas podem estar presentes ao mesmo tempo no espécime de teste e tornam a interpretação das indicações muito mais difícil. Os parâmetros mais importantes da física do ultrassom para testes de materiais são:
Existem as seguintes relações entre os diferentes parâmetros:
A pressão sonora é proporcional à impedância acústica Z, à frequência f e ao desvio da partícula e.
A densidade de potência acústica J (intensidade) é diretamente proporcional à impedância acústica Z e ao quadrado da frequência f e ao desvio das partículas. Existem as seguintes relações entre a velocidade do som e as propriedades elásticas:
