PHY23 Dispersion von Ultraschallwellen (Lambwellen)

Das Phänomen der Lambwellen entsteht durch die Überlagerung von longitudinalen und transversalen Schallwellen in dünnen Platten, deren Dicke kleiner als die Wellenlänge ist. Interessant ist, dass Lambwellen zum einen eine frequenzabhängige Änderung der Ausbreitungsgeschwindigkeit (Dispersion) zeigen. Zum anderen treten Lambwellen in Form von symmetrischen und antisymmetrischen Moden auf, die sich unabhängig voneinander im Material ausbreiten.Im Experiment werden in dünnen Glasplatten unterschiedliche Lambwellen-Moden mit speziellen Winkelaufsätzen angeregt und jeweils Frequenz und Gruppengeschwindigkeit bestimmt. Es werden die Entstehung der verschiedenen Schwingungsmoden einer Platte, der Einfluss der Plattendicke und der Zusammenhang der Lambwellen mit Longitudinal- und Transversalwellen in Verbindung mit den elastischen Konstanten des Materials diskutiert.

Geschwindigkeits-Frequenz-Diagramm

Durch die Kombination verschiedener Einschallwinkel und Schallfrequenzen wurden in den Glasplatten des Lambwellensets die S0-, A1- und S2-Moden angeregt. Im Dispersionsdiagramm sind die bestimmten Gruppengeschwindigkeiten in Abhängigkeit vom Frequenz-Dicken-Produkt aufgetragen. Das Diagramm zeigt außerdem den theoretischen Kurvenverlauf (numerische Lösung) des Dispersionsverhaltens der angeregten Lambwellenmoden.