2019년08월04일 35번
[초음파탐상검사 원리] 수침법으로 구리를 초음파탐상할 때 종파를 경사지게 입사시켜 시험하고자 한다. 이 때 구리의 제 2임계각은 몇 도인가? (단, 물의 종파 속도 VL=1500m/s, 구리의 종파 속도 VL=4700m/s, 구리의 횡파속도 VS=2300m/s이다.)
- ① 40.7°
- ② 18.6°
- ③ 20.3°
- ④ 9.3°
(정답률: 34%)
문제 해설
제 2임계각은 Snell의 법칙에 의해 구할 수 있다. Snell의 법칙은 다음과 같다.
n1sinθ1 = n2sinθ2
여기서 n은 매질의 굴절률을 나타내며, θ는 입사각과 굴절각을 나타낸다. 물과 구리의 굴절률은 각각 다음과 같다.
n(물) = VL = 1500m/s
n(구리) = VL/VS = 4700m/s / 2300m/s = 2.043
따라서, 구리에서 물로 종파가 진행될 때의 제 2임계각은 다음과 같이 구할 수 있다.
n(구리)sinθ1 = n(물)sinθ2
2.043sinθ1 = 1sinθ2
sinθ2 = 2.043/1 x sinθ1
sinθ2 = 2.043sinθ1
여기서 θ1은 종파가 구리에서 물로 진행될 때의 입사각이다. θ2는 종파가 물에서 구리로 굴절될 때의 굴절각이다. 제 2임계각은 굴절각이 90도가 되는 경우이므로, sinθ2 = 1이 된다.
1 = 2.043sinθ1
sinθ1 = 1/2.043
θ1 = sin^-1(1/2.043)
θ1 = 24.3°
따라서, 종파를 경사지게 입사시켜 구리를 초음파탐상할 때 구리의 제 2임계각은 40.7°이다.
n1sinθ1 = n2sinθ2
여기서 n은 매질의 굴절률을 나타내며, θ는 입사각과 굴절각을 나타낸다. 물과 구리의 굴절률은 각각 다음과 같다.
n(물) = VL = 1500m/s
n(구리) = VL/VS = 4700m/s / 2300m/s = 2.043
따라서, 구리에서 물로 종파가 진행될 때의 제 2임계각은 다음과 같이 구할 수 있다.
n(구리)sinθ1 = n(물)sinθ2
2.043sinθ1 = 1sinθ2
sinθ2 = 2.043/1 x sinθ1
sinθ2 = 2.043sinθ1
여기서 θ1은 종파가 구리에서 물로 진행될 때의 입사각이다. θ2는 종파가 물에서 구리로 굴절될 때의 굴절각이다. 제 2임계각은 굴절각이 90도가 되는 경우이므로, sinθ2 = 1이 된다.
1 = 2.043sinθ1
sinθ1 = 1/2.043
θ1 = sin^-1(1/2.043)
θ1 = 24.3°
따라서, 종파를 경사지게 입사시켜 구리를 초음파탐상할 때 구리의 제 2임계각은 40.7°이다.