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Ley de refracción de Snell para ondas ultrasónicas

1940
  • Willebrord Snellius
Ultrasonic testing setup for weld inspection in manufacturing using Snell's Law.

(Imagen generada únicamente con fines ilustrativos)

Cuando un ultrasónico Cuando una onda incide en la frontera entre dos materiales diferentes en un ángulo determinado, se refracta o cambia de dirección. Esto se rige por la Ley de Snell, que relaciona los ángulos de incidencia y refracción con las velocidades de la onda en los dos medios: [latex]frac{sintheta_1}{c_1} = frac{sintheta_2}{c_2}[/latex]. Este principio es fundamental para las pruebas de haz angular, utilizadas para inspeccionar componentes como soldaduras que no son accesibles desde arriba.

Snell’s Law is a cornerstone of wave physics, originally formulated for light but equally applicable to sound waves. In ultrasónico testing, it is indispensable for designing inspections where a straight-on approach is impossible. This is most common in weld inspection, where the weld cap prevents placing a transducer directly on top. Instead, an angle beam transducer is used, which consists of a piezoelectric element mounted on a plastic wedge.

La fórmula [latex]frac{sintheta_1}{c_1} = frac{sintheta_2}{c_2}[/latex] describe el comportamiento, donde [latex]theta_1[/latex] es el ángulo de incidencia en el primer medio (la cuña), [latex]c_1[/latex] es la velocidad del sonido en la cuña, [latex]theta_2[/latex] es el ángulo de refracción en el segundo medio (la pieza de prueba, por ejemplo, acero) y [latex]c_2[/latex] es la velocidad del sonido en la pieza de prueba. Al elegir cuidadosamente el ángulo y el material de la cuña, los inspectores pueden generar una onda transversal o longitudinal con un ángulo preciso y deseado dentro de la pieza de prueba para analizar eficazmente el volumen de la soldadura.

Un aspecto crucial es la conversión de modos. Cuando una onda longitudinal incide sobre una interfaz en un ángulo determinado, puede generar tanto una onda longitudinal refractada como una onda transversal refractada, cada una con un ángulo diferente, tal como predice la ley de Snell (ya que las ondas transversales y longitudinales tienen velocidades distintas). Los técnicos suelen utilizar la onda transversal generada, dado que su menor longitud de onda proporciona una mayor sensibilidad a los defectos pequeños.

UNESCO Nomenclature: 3301
- Acústica

Tipo

Principio físico

Ruptura

Fundacional

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • La obra original de Willebrord Snellius sobre la refracción óptica en el siglo XVII.
  • Principio de Huygens que explica la propagación de ondas y los frentes de onda.
  • La comprensión de que el sonido se comporta como una onda y se propaga a través de los sólidos.
  • El desarrollo de transductores de haz angular y cuñas para inspección industrial

Aplicaciones

  • Inspección de soldaduras con vigas angulares en la fabricación y la construcción
  • Pruebas de inmersión de componentes industriales de formas complejas
  • Diseño de cuñas angulares para transductores ultrasónicos
  • Dirección del haz en ultrasonidos médicos de matriz en fase
  • Análisis de ondas sísmicas en geofísica para comprender las capas de la Tierra.

Patentes:

NA

Ideas para posibles innovaciones

  • acústico metamaterials that exhibit negative refraction for sound focusing and superlensing
  • Software para simulación en tiempo real de trayectorias de ondas ultrasónicas complejas en materiales anisotrópicos
  • Sondas autocalibrables que determinan automáticamente la velocidad del material y corrigen el ángulo del haz
  • Goniómetros ultrasónicos para la medición precisa de las constantes de elasticidad del material
  • Estimulación cerebral no invasiva mediante rayos de ultrasonido enfocados refractados a través del cráneo
  • Pinzas acústicas que manipulan partículas utilizando campos sonoros refractados con precisión.
  • Modelos avanzados de predicción meteorológica que utilizan la refracción acústica en las capas atmosféricas
  • Sistemas de imágenes del subsuelo que corrigen la refracción a través de estratos geológicos complejos
  • Ventanas inteligentes con propiedades de refracción acústica ajustables para la cancelación de ruido
  • Medidores de flujo ultrasónicos que utilizan haces refractados para medir la velocidad del fluido en tuberías.
Relacionado con: Ley de Snell, refracción, ensayos ultrasónicos, haz angular, conversión de modo, onda de corte, END, inspección de soldaduras, propagación de ondas, acústica.

Contexto histórico

Ley de refracción de Snell para ondas ultrasónicas

1930
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1930
1934
1940
1940
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1945-01-01

(Si la fecha es desconocida o no es relevante, por ejemplo "mecánica de fluidos", se proporciona una estimación redondeada de su aparición notable)

décimo año aniversario

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