1. Ausbildung Hochschule
  2. /
  3. Versuche
  4. /
  5. Versuche Physik
  6. /
  7. PHY02 Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Produktinformation

kurz
leicht
PHY
Artikel-Nr. VK-PHY02

PHY02 Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Bestimmung der longitudinalen Schallgeschwindigkeit in Acryl bei zwei verschiedenen Schallfrequenzen

Lieferzeit:
Preisanzeige nur für registrierte Nutzer

Angebotsanfrage

Gegenstand des Versuchs

Im Versuch soll die longitudinale Schallgeschwindigkeit in Acryl bei zwei verschiedenen Schallfrequenzen untersucht und bestimmt werden. Dazu werden an drei Acrylzylindern unterschiedlicher Länge Laufzeitmessungen nach dem Impuls-Echo-Verfahren (Ultraschall-A-Bild) durchgeführt.

Keywords: Ausbreitung von Ultraschallwellen, Schall­kennimpedanz, Reflexion, Schalllaufzeit, Schallge­schwindigkeit, Impuls-Echo-Verfahren, Ultraschall-A-Bild

Theoretische und praktische Aspekte zum Versuch

Ultraschallwellen breiten sich in einem Medium mit einer vom Material abhängigen Geschwindigkeit aus, die frequenz­abhängig sein kann. In Gasen und Flüssigkeiten erfolgt die Schallausbreitung nur in Form von Longitudinal­wellen. Dagegen können in Festkörpern auf Grund ihrer elastischen Eigenschaften auch Transversalwellen auftreten. Transversal- und Longitudinal­wellen breiten sich im Allgemeinen mit unterschiedlicher Geschwindigkeit aus. Die Schall­geschwindigkeit der in einem Festkörper bei senkrechter Schalleinkopplung erzeugten Longitudinalwellen kann einfach durch Laufzeitmessungen nach dem Impuls-Echo-Verfahren bestimmt werden. Durch die Verwendung von Probekörpern unterschiedlicher Länge und Schallsonden unterschiedlicher Frequenz sollen im Versuch Aussagen zur Frequenz­abhängigkeit der Schallausbreitung und zu Fehlerquellen, die durch den Aufbau der verwendeten Ultraschallsonden bedingt sind, getroffen werden.

Ergebnis

Die aus den gemessenen Laufzeiten berechneten Schall­geschwindigkeiten weisen einen systematischen Fehler auf, dessen Einfluss mit zunehmender Messstrecke kleiner wird und durch die mitgemessene Laufzeit in der Anpassungs­schicht der Sonden bedingt ist. Im vorliegenden Fall besitzt die 2-MHz-Sonde eine dickere Anpassungs­schicht, so dass die mit ihr bestimmten Schallgeschwindigkeiten einen größeren Fehler aufweisen. Durch eine Differenzberechnung aus zwei Messungen mit unterschiedlichen Probenlängen kann dieser Fehler eliminiert werden (grüne Linie in der Grafik, cL = 2750 m/s, gleiche Werte für beide Frequenzen, keine Dispersion).

Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zylinderlänge und Sondenfrequenz

Schallgeschwindigkeit in Abhängigkeit von der Zylinderlänge und Sondenfrequenz

Menü