音の屈折
このセクションを読んだ後、あなたは次のことを行うことができるようになります:
- 音の屈折とそれがなぜ起こるのかを定義します。
- 音波が臨界角に達したときに何が起こるかを説明します。
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質問
- 二つの材料の間の表面に対して垂直な角度（表面に対して90度）で別の材料に入ると、ある材料の中を走行する音はどうなりますか？
- ある材料の中を移動する音は、二つの材料の間の表面に対して法線以外の角度で別の材料に入るとどうなりますか？
- 入射角が表面に平行に近づくと、音はどうなりますか？
材料間を移動する音
いくつかの材料では、他の材料よりも音が速く移動することを覚えておいてください。 音波は、何かがそれらの経路に干渉するまで、それらの源から直線で外側に移動する。 音が90度以外の角度で媒体を変化させる（別の材料に入る）と、元の方向から曲がっています。 この方向の角度の変化は屈折と呼ばれます。 角度のために、波の一部が最初に新しい媒体に入り、速度が変化します。 速度の違いは、波が曲がる原因となります。 各材料の音速は、その材料の材料特性（弾性率と密度）によって決定されます。
以下のアニメーションでは、一連の平面波がある材料を移動し、より高い音響速度を持つ第二の材料に入ることが示されています。 したがって、波がこれら二つの材料間の界面に遭遇すると、第二の材料中の波の部分は、第一の材料中の波の部分よりも速く動いている。 これが波を曲げる原因となることがわかります。
屈折角は、新しい媒質に入ったときの波の角度と、2つの材料の波の速度に依存します。 スネルの法則は、角度と波の速度との関係を記述します。 スネルの法則は、上のアプレットと次の式に示すように、材料速度V1とV2の比を入射角(Q1)と屈折角(Q2)の比に等しくします。
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ここで、 VL1は材料1の縦波速度です。 VL2は材料2における縦波速度である。 |
音の一部のみが第二の媒体に入ることに留意すべきである。 音の一部はまた、最初の媒体に戻って反射されます。 入射波が界面に垂直な線で作る角度は、反射波が同じ垂直線に作る角度に等しい。 また、入射波の角度が十分に大きな角度に達すると、音波はもはや第二の材料に入らず、代わりに波は二つの材料間の界面に沿って走ることに留意す これが起こる角度は臨界角度と呼ばれます。