Что такое первый критический угол
Что такое первый критический угол
Голландский астроном и математик Уилброд ван Ройен Снелл (Willebrod van Roijen Snell з 1621 г. вывел уравнение для описания прохождения света через различные материалы. Отношение выглядит следующим образом:
Следовательно, из приведенной выше формулы выводится следующая:
3.1.5. Внутреннее отражение
Когда свет проходит из одного материала в другой с отличающейся плотностью, часть падающего света отражается. Этот эффект более заметен, когда свет проходит из среды с высокой плотностью в среду с меньшей плотностью. Точное количество отражаемого света зависит от степени изменения показателя преломления и от угла падения.
С возрастанием угла падения угол преломления возрастает в большей степени. При определенном угле падения (θС) угол преломления луча достигает 90° (то есть преломленный луч движется параллельно границе сред). Этот угол называется «критическим углом». Лучи, у которых угол падения превышает критический, претерпевают полное внутреннее отражение. Теоретически при полном внутреннем отражении отражается 100% световой энергии, но на практике отражается около 99,9% падающих лучей. Это показано на рис. 3.6.
Рис. 3.6. Критический угол
Критический угол (θС) определяется по формуле:
При полном внутреннем отражении угол падения равен углу отражения.
3.1.6. Внешнее отражение
При прохождении света через среду и столкновении его с границей более плотной среды с углом больше критического имеет место тот же эффект, что и при внутреннем отражении, но в меньшей степени. Это явление называют внешним отражением. Полное внешнее отражение, имеет место лишь при угле падения 90°.
Отражение, преломление и трансформация УЗ волн на границе двух сред
При наклонном падении (под углом β) продольной волны Сl из твердой среды 1 в твердую среду 2, например, оргстекло-металл, на границе раздела происходит отражение, преломление, трансформация (расщепление) волны (рис. 2.4). Закон, описывающий процесс преломления, называется законом Снеллиуса.
Рис. 2.4. Отражение, преломление и трансформация УЗ волн на границе двух сред
Закон Снеллиуса говорит о том, что отношение скоростей и синусов углов распространения этих волн есть величина постоянная. Математически это выглядит следующим образом:
(6)
Из данного закона следуют три замечательных, или критических, угла.
Первый критический угол.
Рис. 2.5 Первый критический угол
Как видно из рис. 2.4, увеличивая угол β, можно добиться ситуации, когда угол распространения продольной волны в металле (второй среде) 
, то есть продольная волна 
начинает распространяться вдоль поверхности (рис. 2.5).
Угол 
, при котором продольная волна в металле начинает распространяться вдоль поверхности пластины, называют первым критическим углом.
Определить значение можно следующим образом.
(7)
Пусть первая среда – плексиглас, а вторая – сталь, тогда 
Первый критический угол является условием формирования головной волны.
Второй критический угол.
Рис. 2.6 Второй критический угол
Далее, увеличивая угол падения волны, возникает ситуация, когда и поперечная волна 
начинает распространяться вдоль поверхности (рис. 2.6).
Угол 
, при котором поперечная волна в металле начинает распространяться вдоль поверхности пластины, называют вторым критическим углом.
Определить значение можно следующим образом.
(8)
Пусть первая среда – плексиглас, а вторая – металл, тогда 
Второй критический угол является условием формирования поверхностной волны (волны Рэлея).
Третий критический угол.
Существует еще один замечательный угол. Он относится к углу распространения поперечной волны в металле. Поперечна, распространяющаяся в металле, отражаясь от границы пластины, частично трансформируется в продольную (рис. 2.7. а). Но существует такой угол, при котором трансформированная продольная волна распространяется вдоль поверхности (головная волна) (рис. 2.7.б). Такой угол назвали третьим критическим углом.
Рис. 2.7 Третий критический угол
Определить значение можно следующим образом.
(9)
Для металла 
.
Кроме изменения угла распространения волн при прохождении волны через границу, волна претерпевает отражение, а значит только часть энергии падающей волны проникает через границу раздела сред. Соответственно, этот процесс характеризуется коэффициентом прозрачности (D) и коэффициентом отражения (R).
Коэффициент отражения по амплитуде 
; по энергии 
, где А0 – амплитуда падающей волны; Аотр – амплитуда отраженной волны. При этом коэффициент прохождения (D) по амплитуде D = Aпр/A0, а по энергии (D = Aпр/A0)2.
Распределение энергии между отраженной волной, падающей и прошедшей, определяется соотношением удельных импедансов Z1 и Z2.
 |  (10) |
 |   |
где Z1 = ρ1С1 – импеданс среды из которой падает волна; Z2 = ρеС2 – импеданс среды, в которую волна входит. Если Z2 > Z1, то коэффициент отражения по амплитуде имеет отрицательный знак. Это означает, что фаза отраженной волны меняется на 1800.
При малой толщине несплошности доля отраженной от нее энергии определяется также величиной раскрытия в направлении распространения волны. Так, если в среде с акустическим сопротивлением z1 имеется тонкий слой включения из материала с акустическим сопротивлением z2, то коэффициент отражения по интенсивности при нормальном падении звуковой волны
(11)
где δ – толщина слоя; λ2 – длина волны в слое.
2.8 Коэффициенты прозрачности по интенсивности при падении продольной волны из оргстекла на границу со сталью
ЛЕКЦИЯ №3. ТИПЫ УЛЬТРАЗВУКОВЫХ ВОЛН И ИХ ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА
Как было сказано выше, в упругой среде, которой является металл, имеют место быть продольные и поперечные колебания (волны). Анализ закона Снеллиуса показал, что при определенных условиях формируются и другие типы волн (головные и поверхностные). На самом деле, в упругой среде существует множество различных волн, которые подчиняются волновому уравнению и являются его частными решениями. Волновое уравнение приводиться не будет, а рассмотрим самые распространенные его решения, то есть основные типы волн.
критический угол
2.3.4 критический угол: Угол падения волны на границу раздела двух сред, при превышении которого объемная волна становится неоднородной и концентрируется вблизи границы раздела.
Смотреть что такое «критический угол» в других словарях:
КРИТИЧЕСКИЙ УГОЛ — КРИТИЧЕСКИЙ УГОЛ, угол, при котором происходит заметный перелом в каком либо процессе. Например, в оптике это УГОЛ ПАДЕНИЯ в среде, в которой происходит полное внутренне ОТРАЖЕНИЕ. В телекоммуникациях это угол, под которым радиоволна перестает… … Научно-технический энциклопедический словарь
критический угол — Угол падения ультразвукового луча, превышение которого приводит к исчезновению объемной волны (отраженной или преломленной) определенного типа и превращению ее в неоднородную волну. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология… … Справочник технического переводчика
критический угол — kritinis kampas statusas T sritis fizika atitikmenys: angl. critical angle vok. kritischer Winkel, m rus. критический угол, m pranc. angle critique, m … Fizikos terminų žodynas
КРИТИЧЕСКИЙ УГОЛ АТАКИ — 1. Наибольший курсовой угол противника (цели), допускающий сближение подводной лодки с последним вплотную; используется подводными лодками для определения аргументов движения цели при торпедной атаке. 2. У крыла самолета тот угол атаки, при… … Морской словарь
критический угол атаки — — [А.С.Гольдберг. Англо русский энергетический словарь. 2006 г.] Тематики энергетика в целом EN stalling incidence … Справочник технического переводчика
критический угол падения (сейсм.) — — [http://slovarionline.ru/anglo russkiy slovar neftegazovoy promyishlennosti/] Тематики нефтегазовая промышленность EN critical angle of incidence … Справочник технического переводчика
критический угол полного отражения — — [Англо русский геммологический словарь. Красноярск, КрасБерри. 2007.] Тематики геммология и ювелирное производство EN angle of total reflection … Справочник технического переводчика
второй критический угол — Угол падения продольной волны, превышение которого приводит к превращению преломленной поперечной волны в неоднородную волну. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное… … Справочник технического переводчика
первый критический угол — Угол падения продольной волны, превышение которого приводит к превращению преломленной продольной волны в неоднородную волну. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология неразрушающего контроля. Термины и определения (справочное… … Справочник технического переводчика
третий критический угол — Угол падения распространяющейся в твердом теле поперечной волны на свободную границу этого тела, превышение которого приводит к превращению отраженной продольной волны в неоднородную. [Система неразрушающего контроля. Виды (методы) и технология… … Справочник технического переводчика
Наклонное падение ультразвуковой волны на границу раздела двух сред. Определение первого критического угла
При контроле сварных швов применяются, как правило, наклонные пьезоэлектрические преобразователи с вводом ультразвуковой волны под некоторым углом к нормали.
В общем случае, при падении продольной волны под углом β к границе раздела двух твердых сред, могут происходить три явления: отражение, преломление, трансформация (расщипление) этой волны.
Отражением называют изменение направления ультразвуковой волны на границе раздела, при котором волна не переходит в другую среду.
Преломлениемназывают изменение направления ультразвуковой волны на границе раздела, при котором волна переходит в другую среду под углом, отличным от первоначального угла падения.
Трансформацией называют преобразование волн одного типа в волны другого типа, происходящее на границе раздела двух сред.
Оргстекло-сталь
Cl – падающая продольная волна
Cl1 – отраженная продольная волна
Ct1 – отраженная поперечная волна, образовавшаяся в результате трансформации волн
Cl2 – преломленная продольная волна
Ct2 – преломленная поперечная волна, образовавшаяся в результате трансформации волн
Углы β с соответствующими индексами означают углы падения и отражения(в дальнейшем- угол призмы), α с соответствующими индексами означают углы преломления (угол ввода).
Таким образом, возникает две преломленные и две отраженные волны. Углы преломления и отражения зависят от скоростей соответствующих волн в данных средах. Эту зависимость называют законом Снеллиуса:
По мере увеличения угла падения β начиная с некоторого его значения, продольная волна Cl2 начинает «скользить» по границе раздела двух сред. Этот угол называется первым критическим углом βкр1
Углы, при которых исчезают те или иные типы волн в процессе преломления или отражения называют критическими.
Первый критический угол наступает тогда, когда во второй среде остается поперечная волна
Для границы раздела оргстекло-сталь βкр1≈ 27 0
При дальнейшем увеличении угла β наступает момент, когда исчезает преломленная поперечная волна во второй среде, которая начинает скользить по границе раздела двух сред.
Этот угол называется вторым критическим углом βкр2.
Его можно подсчитать из соотношения:
Для материалов оргстекло-сталь βкр = 58 0
При углах падения меньше, чем второй критический угол во второй среде возникает только поперечная волна. Угол призмы наклонных ПЭП выбирают только в интервале между двумя найденными критическими значениями:
Теоретические основы УЗК
Cлайды, которые теоретически могут помочь сдать общий экзамен на 1-2 уровень по ультразвуковому контролю.
Классификация методов в соответствии с ПБ 03-440-02 немного отличается.
«Правила аттестации персонала в области неразрушающего контроля» ПБ 03-440-02 устанавливают порядок аттестации персонала, выполняющего НК технических устройств, зданий и сооружений на опасных производственных объектах. Аттестация персонала в области НК проводится в целях подтверждения достаточности теоретической и практической подготовки, опыта, компетентности специалиста, т.е. его профессиональных знаний, навыков, мастерства и предоставления права на выполнение работ по одному или нескольким видам (методам) НК. Специалисты НК в зависимости от их подготовки и производственного опыта аттестуются по трем уровням профессиональной квалификации – I, II, III.
Аттестации подлежит персонал, проводящий контроль объектов с применением следующих видов (методов) НК:
1. Радиационный РК (RT)
1.1. Рентгенографический
1.2. Гаммаграфический
1.3. Радиоскопический
2. Ультразвуковой УК (UT)
2.1. Ультразвуковая дефектоскопия
2.2. Ультразвуковая толщинометрия
3. Акустико-эмиссионный АЭ (AT)
4. Магнитный МК (MT)
4.1. Магнитопорошковый
4.2. Магнитографический
4.3. Феррозондовый
4.4. Эффект Холла
4.5. Магнитной памяти металла
5. Вихретоковый ВК (ET)
6. Проникающими веществами
6.1. Капиллярный
6.2. Течеискание
7. Вибродиагностический ВД
8. Электрический ЭК
9. Тепловой ТК
10. Оптический ОК
11. Визуальный и измерительный ВИК (VT)
12. Контроль напряженно-деформированного состояния НДС
12.1. Радиационный
12.2. Ультразвуковой
12.3. Магнитный
12.4. Вихретоковый
Кандидат, претендующий на прохождение аттестации на один из трех уровней квалификации, аттестуется по конкретным методам НК. Областью аттестации каждого кандидата является сфера его деятельности по контролю конкретных объектов:
1. Объекты котлонадзора
2. Системы газоснабжения (газораспределения):
3. Подъемные сооружения
4. Объекты горнорудной промышленности
5. Объекты угольной промышленности
6. Оборудование нефтяной и газовой промышленности
7. Оборудование металлургической промышленности
8. Оборудование взрывопожароопасных и химически опасных производств
9. Объекты железнодорожного транспорта
10. Объекты хранения и переработки зерна
11. Здания и сооружения (строительные объекты)
12. Оборудование электроэнергетики
Объемные волны
Продольная волна существует а твердых телах, жидкостях и газах.
Колебательное движение отдельных частиц происходит в том же направлении, в котором распространяется волна. 
Поперечные волны существуют только в твердом теле.
Отдельные частицы колеблются в направлении, перпендикулярном направлению распространения волны. 
Поперечные волны подразделяются на горизонтально поляризованные SH и вертикально поляризованные SV. При контроле наклонным ПЭП используется SV поляризованная поперечная волна.
Поверхностные волны
Поверхностная волна (Рэлея)
— комбинация продольных и поперечных волн
— распространяется вдоль свободной границы твердого тела
— частицы совершают колебания по эллипсам
— волна распространяется на большие расстояния
— быстро затухает с глубиной
Головная волна
— скорость практически равна скорости продольной волны
— при распространении вдоль поверхности в каждой точке порождает поперечную волну под углом к нормали
— волна быстро ослабляется
Критические углы
1-й критический угол
наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленная продольная волна не будет проникать во вторую среду (возникновение головной волны) 
2-й критический угол
наименьший угол падения продольной волны, при котором преломленная поперечная волна не будет проникать во вторую среду (появление поверхностной волны Рэлея) 
3-й критический угол
наименьший угол падения поперечной волны, при котором еще отсутствует отраженная продольная волна 
