Te imaginas poder visualizar la propagación de una onda de ultrasonido en un material sólido, tal como ocurre en la realidad, pero que nunca podemos ver cuando realizamos una inspección de ultrasonido. Bueno, pues la visualización de la propagación de una Onda Longitudinal es posible a través de un sistema de Visualización Fotoelástica.
Sistema de Visualización Fotoelástica
La Fotoelasticidad la podemos definir como una técnica utilizada para realizar un análisis visual de los esfuerzos mecánicos. Está basada en el fenómeno de birrefringencia que se genera en la mayoría de materiales transparentes al ser sometidos a la interacción de esfuerzos mecánicos y luz. La siguiente Figura ilustra el sistema utilizado por Edward Ginzel en análisis de este tipo.
Por esta ocasión omitiremos profundizar en la técnica Fotoelástica y pasaremos en forma directa a visualizar la propagación de una onda Longitudinal de 5 MHz en un bloque transparente de vidrio. Esto nos permitirá comprender la propagación de una onda de ultrasonido en un sólido. El bloque es de 15 mm de espesor cuenta con una ranura cuadrada.
Video de Visualización de una Onda Longitudinal
El video lo podrás ver en mi canal de YouTube haciendo clic en la imagen de abajo. Analiza el video para visualizar la Onda Longitudinal y las Ondas secundarias que se generan. El video comienza con el pulso aproximadamente a 12 mm del palpador. Se ha superpuesto una regla en el video para evaluar las dimensiones.
Frente de Onda Ligeramente Arqueado
A pesar de que la Onda es inducida con un elemento transductor plano de 6 mm de diámetro sin focalización, se observa que el pulso mecánico tiene una forma arqueada. Es decir, no hay evidencia de una onda con un frente plano. Esto implica que podemos definir al elemento transductor como un elemento compuesto por un número finito de fuentes de Ondas puntuales e independientes entre sí; que generan una interferencia constructiva para formar el frente de Onda arqueado. Es evidente que existe un retardo entre los tiempos de emisión desde los extremos del cristal comparado con el tiempo de emisión desde su centro.
Longitud de Onda
La onda longitudinal se propaga a una velocidad de 5800 m/s en el vidrio y el transductor es de 5 MHz. Se determina una longitud de onda aproximada de 1.1 mm, lo cual es congruente con lo observado en las imágenes fotoelásticas. Para observar la longitud de Onda debe observar la distancia que existe entre los dos ciclos mostrados (arcos brillantes separados por un arco oscuro).
Reflexión en la muesca
En la interacción del pulso mecánico con la muesca podemos observar la reflexión en la interfase acústica. Parte de pulso pasa de largo (lado izquierdo) y parte regresa al palpador (lado derecho). Debido a la forma de arco del pulso incidente, se espera que el pulso reflejado también tenga forma de arco.
Seguramente recordaras que el cambio de impedancia acústica en el material es el que determina la cantidad de energía que es reflejada y la cantidad que es transmitida. En el caso de la muesca se tiene una interfase vidrio – aire. Por lo que, prácticamente el 100% de la energía incidente en la muesca será reflejada.
Generación de Modo de Corte
A medida que el pulso de compresión se aleja de la muesca, vemos que se forma una Onda secundaria con un modo de corte. Podemos estar seguros de que se trata de un modo de corte porque la longitud de ondas es mucho más pequeña que el pulso inicial. La onda se propaga con un ángulo de aproximadamente 36°. Este ángulo lo podemos calcular usando la ley de Snell.
Difracción en la esquina de la muesca
Al mismo tiempo que se forma la onda de corte, vemos que se ha formado un arco esférico en la esquina superior izquierda de la muesca. La esquina proporciona una punta donde existe difracción y la conversión de modo se produce en ángulos de incidencia perpendiculares.
Un efecto similar está ocurriendo a lo largo del costado vertical de la muesca donde la incidencia de la onda de compresión ocurre en ángulos pequeños.
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