GAMPT Schallgeschwindigkeit in Festkörpern

Artikel-Nr.: GPPHY02

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Bestimmung der longitudinalen Schallgeschwindigkeit in Acryl bei zwei verschiedenen Schallfrequenzen

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

Lieferumfang:

Ultraschallechoskop GS200
Ultraschallsonde 1MHz
Ultraschallsonde 2MHz
Testzylinderset
Ultraschallgel

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).

Ergänzende Experimente: