Conversión de modo

Transformación de una onda en una interfaz

Una onda longitudinal incidente (L1) se refleja y se transmite en una interfaz de dos sólidos como una onda longitudinal (L1' y L2), pero también parcialmente como una onda transversal (S1 y S2).

La conversión de modo es la transformación de una onda en una interfaz en otros tipos de ondas ( modos ). ^{[1] [2]}

Principio

La conversión de modos ocurre cuando una onda encuentra una interfaz entre materiales de diferentes impedancias y el ángulo de incidencia no es normal a la interfaz. ^[1] Así, por ejemplo, si una onda longitudinal de un fluido (por ejemplo, agua o aire) golpea un sólido (por ejemplo, placa de acero), normalmente se refracta y se refleja en función del ángulo de incidencia, pero si parte de la energía provoca el movimiento de partículas en la dirección transversal, se genera una segunda onda transversal, que también puede refractarse y reflejarse. La ley de refracción de Snellius se puede formular como: ^[1]

${\displaystyle {\frac {\sin {\theta }_{1}}{{V}_{L1}}}={\frac {\sin {\theta }_{2}}{{V}_{L2}}}={\frac {\sin {\theta }_{3}}{{V}_{S1}}}={\frac {\sin {\theta }_{4}}{{V}_{S2}}}}$

Esto significa que la onda incidente se divide en dos tipos de onda diferentes en la interfaz. Si consideramos una onda incidente en una interfaz de dos sólidos diferentes (por ejemplo, aluminio y acero), el tipo de onda de la onda reflejada también se divide.

Además de estas sencillas conversiones de modos, una onda incidente también se puede convertir en ondas superficiales . Por ejemplo, si se irradia una onda longitudinal con un ángulo menor que el de la reflexión total sobre una superficie límite, se reflejará totalmente, pero además se generará una onda superficial que se propagará a lo largo de la capa límite. De este modo, la onda incidente se convierte en onda longitudinal y superficial reflejada.

En general, las conversiones de modos no son procesos discretos, es decir, una parte de la energía incidente se convierte en diferentes tipos de ondas. Las amplitudes (factor de transmisión, factor de reflexión) de las ondas convertidas dependen del ángulo de incidencia. ^[3]

Ondas sísmicas

Una onda P (longitudinal) se refleja y transmite parcialmente (PSt y PPt) como una onda S (transversal) (PSr) y una onda P (longitudinal) (PPr). La nomenclatura es la siguiente: la primera letra representa el tipo de onda de la onda causal (onda primaria) y la segunda letra representa el tipo de ondas secundarias generadas después de la conversión de modo.

En sismología , una conversión de onda se refiere específicamente a la conversión entre ondas P y S en discontinuidades. ^[4] Las ondas corporales se reflejan y refractan cuando chocan con una capa límite dentro de la tierra. Aquí, las ondas P se pueden convertir en ondas S (ondas PS) en las interfaces, así como viceversa (ondas SP). ^[5] Aquí se aplica análogamente para una onda P incidente:

${\displaystyle {\frac {\sin {\theta }_{P1}}{{P}_{1}}}={\frac {\sin {\theta }_{P1}}{{PP}_{r}}}={\frac {\sin {\theta }_{P2}}{{PP}_{t}}}={\frac {\sin {\theta }_{S1}}{{PS}_{r}}}={\frac {\sin {\theta }_{S2}}{{PS}_{t}}}}$

El cambio de amplitudes se puede describir con las ecuaciones de Zoeppritz .

Referencias

1. "Conversión de modos". Ondas . Universidad Estatal de Iowa, Centro de Evaluación No Destructiva . Consultado el 3 de febrero de 2023 .
2. "Guía para la conversión de modos, sus causas y soluciones". Altium . 2022-01-20 . Consultado el 2023-02-08 .
3. Rose, Joseph L. (1999). Ondas ultrasónicas en medios sólidos. Cambridge: Cambridge University Press. pp. 54–56. ISBN 0-521-64043-1.OCLC 40073975  .
4. "Raumwellen". Lexikon der Geowissenschaften (en alemán). Espectro . Consultado el 3 de febrero de 2023 .
5. "Registrierung von Erdbeben" (en alemán). EQUIPO. 2021-06-08 . Consultado el 3 de febrero de 2023 .