2.3.1. Исследование приповерхностных зон Δh

Наличие тангенциальной составляющей поля упругих колебаний на поверхности стеклянной пластины при нормальном ее прозвучивании подтверждается следующим экспериментом.

Зависимость V_fr(h), показанная на рис.2-2а, получена при прозвучивании пластины, находящейся в звукопроводящей жидкости. Схема измерения приведена на рис.2-2b. Излучатель И и приемник П непосредственно пластины не касаются - акустический контакт осуществляется через жидкость. И поскольку поверхности пластины касаются жидкости, то противодействие ортогональному смещению будет постоянным и не зависящим от давления. Иначе говоря, трение на плоскостях прозвучиваемой пластины будет определяться вязкостью жидкости и не будет зависеть от давления.

Если это трение изменять, то (если причинно-следственные связи между результатами измерений и наличием тангенциальной составляющей смещения были поняты правильно), значение измеряемой скорости должно также изменяться. Для проверки этого предположения изменим граничные условия, и обеспечим непосредственный контакт пластины с пьезопреобразователями (излучателем и приемником) так, как это показано на рис.2-3.

Для проверки этого предположения изменим граничные условия, и обеспечим непосредственный контакт пластины с пьезопреобразователями (излучателем и приемником) так, как это показано на рис.2-3.
Рис. 2-3

Пластина 1, подлежащая исследованию, зажимается между двумя пьезокерамическими преобразователями 2 и 3 - излучателем и приемником - с усилием F. В процессе измерений между пластиной и преобразователем (с одной или с двух сторон от пластины) может быть проложена промасленная прокладка 4 из тонкого папируса.

Особенность такого контактного измерения заключается в том, что между поверхностями преобразователей и пластины сила трения, которая равна коэффициенту трения, умноженному на силу F, будет изменяться при изменении силы прижима F. Проложив промасленную прокладку, мы создаем условия такого измерения, как если бы пластина находилась в жидкости. Прижим через промасленную прокладку не приводит к изменению силы трения при прижиме.

Результаты измерений, осуществленных с помощью схемы, приведенной на рис.2-3, приведены на рис.2-4.

Результаты измерений, осуществленных с помощью схемы, приведенной на рис.2-3, приведены на рис.2-4.
Рис. 2-4

При минимальном прижиме имеют место условия такие же, как и при измерениях, показанных на рис.2-2b, так как при контактных измерениях между поверхностями пластины и пьезокерамики находится жидкая смазка, и измеряемая скорость минимальна, на рис.2-4 - это V_fr.(0). Затем, в случае отсутствия промасленной прокладки, с увеличением силы прижима смазка выдавливается, и скорость растет (график а), и при усилии порядка 50 ньютонов, что без труда осуществляется силой рук, определяемая скорость увеличивается до значения V_fr.mid(a), и при дальнейшем увеличении прижима дальше не растет.

Этот результат доказывает, что на поверхности пластины при ее нормальном прозвучивании возникает тангенциальная составляющая поля упругих колебаний. Увеличение трения (при прижиме) приводит к повороту вектора скорости до совпадения его с осью х и, стало быть, к увеличению определяемой скорости фронта.

При наличии промасленной прокладки только с одной стороны, скорость при минимальном прижиме остается прежней, а с увеличением прижима увеличивается (график b) примерно вдвое меньше, чем в первом случае, до величины V_fr.max(b). Если прокладку проложить с другой стороны пластины, получим график зависимости V(P), полностью совпадающий с графиком b. Если проложить прокладки с обеих сторон пластины, то определяемая скорость будет равна V_fr.(0), и изменяться ее величина с усилением прижима не будет. Эта часть эксперимента доказывает, что зоны Δh существуют вблизи обеих поверхностей пластины, и что график V_fr(h), - симметричный, и именно такой, как приведен на рис.2-2а.

Исследуя точно таким же образом пластину из оргстекла, мы не обнаружим никаких изменений определяемой скорости при всех тех операциях, которые описаны выше. То есть, получается, что в оргстекле тангенциальная составляющая поля отсутствует.

Кстати, то, что в случае контактных акустических измерений с изменением прижима пьезопреобразователей к пластине время прохождения импульса через пластину изменяется - известно, и это даже отражено в инструкциях по проведению ультразвуковых измерений. Эффект можно усилить, если зажать между преобразователями не одну пластину, а несколько. Чем больше окажется зон Δh между пьезопреобразователями, тем больше будет диапазон изменения скорости при изменении прижима.

При любом количестве пластин из оргстекла изменение силы прижима этих пластин не приведет ни к малейшему изменению определяемой скорости.

Теперь, когда мы убедились в наличии приповерхностных зон Δh, в пределах которых скорость движения фронта (x-составляющая) плавно изменяется, необходимо выяснить, действительно ли наличие этих зон обуславливает возникновение собственного звучания в плоскопараллельных структурах.