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Impedância acústica na reflexão ultrassônica

1920
Cientista realizando testes ultrassônicos para medir a impedância acústica em um laboratório.

(Imagem gerada apenas para fins ilustrativos)

Acústico A impedância ([latex]Z[/latex]) é a resistência intrínseca de um material ao fluxo acústico, definida como sua densidade ([latex]rho[/latex]) multiplicada por sua velocidade acústica ([latex]c[/latex]), portanto [latex]Z = rho c[/latex]. A porcentagem de ultrassônico A energia refletida na interface entre dois materiais é regida pela diferença, ou incompatibilidade, em suas respectivas impedâncias acústicas. É esse princípio que torna possível a detecção de falhas.

The concept of acoustic impedance is analogous to electrical impedance in circuits and is fundamental to understanding how ultrassônico waves interact with materials. When a wave traveling through a material (Material 1) encounters an interface with a second material (Material 2), part of the wave is reflected and part is transmitted. The amount of reflection is quantified by the reflection coefficient ([latex]R[/latex]), which depends on the acoustic impedances of the two materials, [latex]Z_1[/latex] and [latex]Z_2[/latex].

Para uma onda com incidência normal, o coeficiente de reflexão de pressão é dado por [latex]R = (Z_2 – Z_1) / (Z_2 + Z_1)[/latex]. A intensidade da onda refletida, que é o que normalmente se mede, é proporcional ao quadrado desse valor. Uma grande diferença de impedância, como entre o aço ([latex]Z aprox. 45 x 10^6[/latex] Pa·s/m) e o ar ([latex]Z aprox. 415[/latex] Pa·s/m), resulta em um coeficiente de reflexão muito alto (próximo a 100%). É por isso que fissuras e vazios internos, preenchidos com ar ou gás, são tão facilmente detectáveis ​​por ultrassom; eles atuam como refletores quase perfeitos.

Por outro lado, se dois materiais tiverem impedâncias acústicas muito semelhantes, a maior parte da energia sonora passará pela interface com reflexão mínima. Esse princípio é explorado no projeto de acoplantes ultrassônicos (géis ou líquidos usados ​​entre o transdutor e a peça de teste) e camadas de adaptação de impedância do transdutor, que são projetadas para ter uma impedância intermediária entre o elemento do transdutor e o material de teste, a fim de maximizar a transmissão de energia e melhorar a qualidade do sinal.

UNESCO Nomenclature: 3301
Acústica

Tipo

Princípio Físico

Interrupção

Fundamentais

Uso

Uso generalizado

Precursores

  • O trabalho fundamental de Lord Rayleigh sobre teoria das ondas e acústica ('A Teoria do Som')
  • Estudos sobre a propagação do som em sólidos e fluidos realizados por físicos do século XIX.
  • desenvolvimento da mecânica contínua para descrever as propriedades dos materiais
  • As primeiras pesquisas sobre sonar exigiam a compreensão da reflexão acústica de objetos.

Aplicações

  • Ensaios não destrutivos para detecção de trincas (interface metal-ar)
  • imagens médicas for distinguishing between different tissues and organs
  • Projeto de camadas de adaptação acústica para transdutores visando melhorar a transmissão de energia.
  • Prospecção geofísica utilizando reflexão sísmica para mapear a geologia do subsolo
  • projeto de sistemas de limpeza ultrassônica

Patentes:

NA

Ideias de Inovação Potencial

  • development of ‘acoustically invisible’ coatings for stealth applications
  • gradient-impedance materials for perfect sound absorption in anechoic chambers
  • non-invasive food quality sensors that measure ripeness by impedance changes
  • acoustic metamaterials for creating ultrasonic lenses and cloaking devices
  • bio-compatible impedance-matching gels for enhanced medical ultrasound imaging
  • smart materials with tunable acoustic impedance for adaptive soundproofing
  • ultrasonic sensors for detecting adulteration in liquids by measuring impedance shifts
  • high-fidelity acoustic levitation systems using precisely controlled impedance fields
  • geological survey tools that better characterize rock porosity through impedance analysis
  • consumer devices for testing the authenticity of precious metals based on their unique impedance
Relacionado a: impedância acústica, coeficiente de reflexão, ensaio ultrassônico, END (Ensaios Não Destrutivos), propriedade do material, densidade, velocidade acústica, interface, desajuste, física das ondas.

Contexto histórico

Impedância acústica na reflexão ultrassônica

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1925-01-01

(Caso a data seja desconhecida ou irrelevante, por exemplo, "mecânica dos fluidos", é fornecida uma estimativa aproximada de seu surgimento notável)

10º ano aniversário

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