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PHY
Artikel-Nr. VK-PHY07

PHY07 Transversalwellen in Festkörpern

Untersuchung der Entstehung und Ausbreitung longitudinaler und transversaler Schallwellen in Festkörpern anhand der Ultraschalltransmission durch eine planparallele Platte bei verschiedenen Einfallswinkeln

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Gegenstand des Versuchs

Anhand der Ultraschalltransmission durch eine planparallele Platte bei verschiedenen Einfallswinkeln wird die Entstehung und Ausbreitung longitudinaler und transversaler Schallwellen in Festkörpern untersucht. Aus den bestimmten longitudinalen und transversalen Schallgeschwindigkeiten werden die elastischen Materialgrößen wie Elastizitäts- und Schermodul und Poissonzahl für die verwendeten Plattenmaterialien abgeleitet.

Keywords: Ultraschallausbreitung in Festkörpern, Transmission, Reflexion, longitudinale und transversale Wellen und Schallgeschwindigkeiten, Elastizitätsmodul, Schermodul, Poissonzahl

Theoretische und praktische Aspekte zum Versuch

Gegenüber Gasen und Flüssigkeiten können in Festkörpern auf Grund ihrer elastischen Materialeigenschaften neben longitudinalen auch transversale Wellen angeregt werden. Beim Durchgang durch eine planparallele Platte werden in Abhängigkeit vom Schalleinfallswinkel longitudinale und/oder transversale Wellen angeregt. Dabei korrespondieren die Winkel der Totalreflexion für die Longitudinalund die Transversalwelle sowie der Winkel, bei dem die Transversalwelle ihr Maximum zeigt, mit der jeweiligen Schallgeschwindigkeit. Durch das Erfassen der Amplituden der longitudinalen und transversalen Transmissionssignale über einen entsprechenden Bereich des Einfallswinkels können diese Winkel ermittelt und die zugehörigen Schallgeschwindigkeiten bestimmt werden. Aus den Schallgeschwindigkeiten lassen sich die elastischen Materialgrößen der verwendeten Plattenmaterialien wie Elastizitäts- und Schermodul sowie die Poissonzahl berechnen.

Schematische Ansichte des Messaufbaus

Schematische Ansichte des Messaufbaus

Ergebnis

Die Grafik zeigt die Amplituden-Winkel-Kurven zur Bestimmung der Winkel für Totalreflexion (longitudinal und transversal) und der Maximalamplitude (transversal). Unabhängig vom Material aber für verschiedene Winkel kann die Amplituden-Winkel-Abhängigkeit der Transmission immer durch drei Bereiche beschrieben werden: nur longitudinales Signal (1), ein Mischmode aus longitudinalem und transversalem Signal und nur transversales Signal (2).

Messkurven

Messkurven

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