|
|
|
TEHNICI FOTOELASTICE - Consideratii generale
Fotoelasticitatea este o tehnica experimentala de investigare a starii de tensiune, bazata pe efectele optice produse de propagarea luminii polarizate in medii optic active.
Spre deosebire de alte tehnici experimentale de investigatie, fotoelasticitatea ofera o imagine completa a campului de tensiune din structura analizata, punand in evidenta atat zonele puternic solicitate, unde gradientul tensiunilor este ridicat, cat si zonele incarcate cu material in care capacitatea portanta a structurii este folosita ineficient.
Din prelucrarea datelor inregistrate se pot determina valorile tensiunilor principale si directiile acestora in orice punt din campul analizat.
Lumina obisnuita, ca forma de existenta a campului electromagnetic, are o dubla natura: corpusculara si ondulatorie. In conformitate cu natura corpusculara, lumina este alcatuita din particule elementare (fotoni), care oscileaza in toate directiile perpendiculare pe directia de propagare. Potrivit naturii ondulatorii, aceste oscilatii se propaga in spatiu sub forma de unde fig. (XIX.1) numite unde electromagnetice.
Fig.XIX.1 Propagarea luminii
Dupa cum este cunoscut undele au o dubla periodicitate: in timp si in spatiu. Periodicitatea in timp se refera la miscarea oscilatorie a unui foton si reprezinta timpul T, in care acesta efectueaza o oscilatie completa (fig. XIX.2,a). In acelasi timp fotonul se deplaseaza si pe directia de propagare. Drumul parcurs pe directia de propagare in timpul unei perioade T poarta numele de lungime de unda, se noteaza cu λ si se exprima in metri (fig. XIX.2,b).
Pulsatia oscilatiei se noteaza cu p [s-1] si este:
(XIX.1)
unde n, este frecventa exprimata in Hz, iar lungimea de unda este:
λ = v.T, (XIX.2)
unde v, este viteza de propagare a undei printr-un anumit mediu (in m/s).
Fig. XIX.2 Miscare oscilatorie foton
Ca miscare ondulatorie care sepropaga pe o directie in spatiu, ecuatia undei este de forma:
Y=a.sin p(t-to (XIX.3)
unde a, este amplitudinea oscilatiei, t este timpul la un moment dat, iar to este timpul in origine(exprimat in secunde).
(XIX.4)
unde cu x0 s-a notat spatiul in origine.
Unda care se propaga in spatiu, in intervalul de timp Δt, parcurge distanta δ, care poarta numele de diferenta liniara de drum(fig. XIX.2). Corespunzator aceluiasi interval de timp, un foton aflat in miscare oscilatorie descrie unghiul Δφ, care poarta numele de diferenta unghiulara de faza.
Intre cele doua diferente de faza exista relatia:
(XIX.5)
Lumina ca forma de existenta a campului electromagnetic
poate fi reprezentata prin doi vectori: vectorul camp electric ē
si vectorul camp magnetic 
. Cei doi vectori sunt perpendiculari unul pe celalalt
si pe directia de propagare(fig. XIX.3).
Fig.XIX.3 Vectorul
camp electric ē si vectorul camp magnetic
Vectorul camp electric ē produce mai multe efecte fizologice asupra organelor de simt ale omului. Principalul efect fiziologic produs de lumina care cade pe ochiul omenesc depinde de lungimea de unda si amplitudinea radiatiei electromagnetice. Lungimea de unda a radiatiei determina culoarea, iar amplitudinea stralucirea. Ochiul omenesc sesizeaza culori ale luminii corespunzatoare unor lungimi de unda cuprinse intre λ = 4.10-7 .7,6.10-7 m.
Limita inferioara a acestui domeniu corespunde culorii violet, iar cea superioara culorii rosu inchis. In interiorul acestui domeniu se situeaza lungimile de unda ale radiatiilor luminoase care alcatuiesc culorile complementare ale spectrului vizibil. Lungimile de unda ale celor sapte culori complementare din spectrul vizibil sunt prezentate in figura XIX.4.
Fig.XIX.4. Lungimile de unda ale celor sapte culori complementare
Ochiul omenesc prezinta o sensibilitate maxima la culoarea galbena, asa cum rezulta din figura XIX.5.
Fig.XIX.5 Sensibilitate maxima la culoarea galbena
Daca lumina este alcatuita din radiatii electo-magnetice din spectrul vizibil cuprinse intr-o banda ingusta de lungimi de unde (sau de aceeasi lungime de unda), se numeste monocromatica. Ca urmare, lumina respectiva apare ca o lumina colorata. In fotoelasticitate se foloseste lumina monocromatica de culoare galbena(obtinta in lampi speciale cu descarcari electrice in vapori de sodiu) si lumina violeta (obtinuta in lampi cu vapori de mercur).
Lumina obisnuita se propaga prin medii transparente cu viteze diferite, care depind de densitatea mediului. Viteza cea mai mare se inregistreaza in vid si nu depinde de frecventa sau lungimea de unda a radiatiei. Potrivit teoriei electromagnetice a lui Maxwell, viteza de propagare a luminii in vid se calculeaza cu relatia
(XIX.6)
unde ε =8,856.10-12 F/m este permitivitatea electrica a vidului, iar μo = 4p.10-7 N/A, este permeabilitatea magnetica a vidului.
Viteza de propagare a luminii in aer a fost determinata experimental de catre Fizeau (1849) si mai precis prin experimentele lui Michelson (1928). Viteza luminii intr-un mediu oarecare, caracterizat prin constantele relative εr si μr in raport cu vidul, se calculeaza cu expresia:
(XIX.7)
