Майер В.В. - Простые опыты с ультразвуком

Ф и з и к а Библиотечка физико-математической школм В. В. МАЙЕР Москва «Наука» Гаавкая редакца» Фкаако-математической автературы ! 976 Физика Редактор серии Я. А. Сз1ородииский Валерий Впльеельмоеич А!обер ПРОСТЫЕ ОПЫТЫ С УЛЬТРАЗВУКОМ !серия «Ввблиотечка физико-математической школы») и., 1878 г. 180 с р. с л Редактор Н, А. Робскпл Техн. редактор Е. В.

Морозово Корректор И. 6. Крпщгпль ИВ № П188 Сдано в иабор 17.09.77. Подписано к печати 08.04.7Е Т-О8918. Вупага 84Х1080» тип. № 1. Литературиая гарнитура. Высокая печать. Условя. псч. л. 8,4. ь' мыд. л. 7,78. Тираж 140 000 зкз. Заказ № Бзб. Чена книги 20 коп Издательство «Наука» Главная редакция фячпно-матсмзтпчесиов литературы П70П, Москва, В-71, Левинский проедект, !5 Ордепа Трудового Краевого Зиамсвн Лепияградская типография № 2 именя Евгеиип Соколозой Союзполиграфпрома при Гогу.

дарствы!иом комитете Совета Мвиистров СССР ио делам яздательстз, полиграфии п кнюьиой торговли. 198052. Левик«рад, Л-Б2, Измайловский проспект, 20 20404 — 088 !«1 088ггют 78 700-Т8 584 М 14 УДК 884 Библиотечка физико-математической а!колы !Б! Главная редаюшя физико-Математической литературы вздательства «Наука», 1978 СОДЕРЖАНИЕ Предисловие 1. ПОЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА......,... Т Величины, характеризующие ультразвуковую волну ...

Р Магнитострнкцнонвый эффект и его использование для получения ультразвука РЗ Магнитострикциониый излучатель низкой частоты.... 15 Резонансное возбуждение колебаний ввбратора..... 16 Скорость звука в вибраторе............. 21 Ультразвуковой генератор на транзисторах . . . . , , 23 Подмагеичнванне внбратора электрическим током . . . . 33 Ультразвуковая приставка к школьному усилителю . . . 34 Несколько опытоа с магнитостринционным излучателем . . 36 Ультразвуковой генератор на лампах . . .

. . . . . . 43 Магннтострикциопный излучатель ультразвука средней частоты . . . . . . . . . . . . . . . . , . . . . . 49 Магнитострикшюнные излучатели ультразвука высокой частоты . . . . . . . . . . . . . . . . .' . . . . . 52 Л. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УЛЬТРАЗВУКА, . 68 Волны на бумаге......,..........

69 Ориентирующее действие ультразвука......, .. ?6 Силы, действующие на тела в ультразвуковом поле . ° ° ° У9 Ультразвуковой ветер ............, .. 81 Фигуры Хладнн................. 82 Стоячая ультразвуковая волна в воздухе...., . ° 88 Стоячая ультразвуковая волна в жздхостп,... 96 Радвационное давление ультразвука....,... 109 Фокусировка ультразвука пензой . .

. . . . . . . . . 114 Ультразвуковой «фонтан ваоборотю н другие интересные явления . . . . , . . . . . . . . , . . 124 Ультразвуковой хапнллярный эффект . . . „ , . . . 130 Ультразвуковая кавитацня . . . . . . . . . . . . . 133 Днфракция света нз ультразвуковой волне . . . , .

. . 139 Пояснения к задаииим . . . . . . . „ . . . , . . 145 Зачлючеиие . . . . . , . . . . . . . , . . 159 ПРЕДИСЛОВИЕ В конце прошлого века о существовании ультра» звука могли разве лишь догадываться наиболее проницательные исследователи. Но уже опыты П.Н.Лебедева (19!О г.), а затем и П.

Лапжевена (1918 г.)' показали большое научное и практическое значение ультразвука. С тех пор ультраакустнка развивается удивительно быстрыми темпами, так что многие явления, бывшие всего 20 — 30 лет назад предметом специальных исследований ученых, в настоящее время широко используются в самых различных областях науки н техники. Современный школьник просто не может не знать хотя бы простейших свойств ультразвука. И дело здесь не только в той роли, которую ультразвук играет в науке и технике. Гораздо важнее то, что ультразвуковые колебания и волны позволяют достаточно'глубоко изучить общие черты всякого колебательного и волнового процесса, а это уже без преувеличений означает в известной степени усвоить дух современной физики, Ультраакустнка ингересна еще и тем, что многи эксперименты, которые несколько десятков лет назад ставили ученые, используя сложную научную аппаратуру, в настоящее время можно воспроизвести на простеньких приборах у себя дома или в школьном физическом кабинете.

Таким образом, каждый из вас имеет возможность развить в себе элементарные навыки творческой работы физика-экспериментатора. Важность этого не требует особых пояснений. Достаточно отметить, что ни на уроках физики, нн на занятиях разнообразных кружков вы,как пра- 4 вило, систематически не учитесь физическому эксперименту. В небольшой книге, которую вы держите в своих руках, описаны простые приборы, обеспечивающие получение ультразвука в диапазоне частот от 20 кГц до 15 МГц, экспериментальные установки и опыты с ними. Приборы и установки настолько просты, что любой из тех, кто умеет обращаться с обычными инструментами и материалами, может изготовить их буквально за считанные дни.

Несколько иначе дело обстоит с опытами. Во-первых, описания части опытов даны в расчете па то, что читатель смогкет использовать оборудование, имеющееся в школьном физическом кабинете. Этого требует логика изложения материала, и поэтому не будет большой беды, если такие опыты будут поставлены позднее, после изготовления самодельных приборов. Во-вторых, — и это существеннее — поставить опыт, вообще говоря, сложнее, чем изготовить какой- либо прибор. Вначале может показаться, что главное — сделать ультразвуковой генератор. Конечно, без генератора невозможно поставить ни один опыт с ультразвуком. Однако успешное изготовление этого прибора является лишь началом работы. Вы очень скоро почувствуете это, перейдя от простейших опытов к тем, которые немного посложнее.

Чтобы несколько облегчить экспериментальную работу, автор стремился изложить условия опытов как можно точнее. Но каждый из вас будет действовать в конкретных ситуациях, все многообразие которых предусмотреть просто невозможно. Поэтому почти наверное можно утверждать,что с первого раза многие из опытов у вас могут и нс получиться. Возможно, это и к лучшему, так как позволит вам остаться один на один с физическим явлением, почувствовать себя экспериментатором„проводящим настоящее исследование.

Смелее экспериментируйте! Учитесь преодолевать все трудности па своем пути„ и вы познаете ни с чем не сравнимое чувство общения с самой Природой. Но смелость не значит бездумность. Вряд ли хорош «экспериментатор», без разбору сливающий в б пробирку разные жидкости, чтобы посмотреть, что из этого получится.

Может быть,из этого что-нибудь н выйдет, но получится ли нз такого «экспериментатора» исследователь, сказать трудно. Будет очень хорошо, если вы заведете себе тетрадь,в которую самым тщательным образом станете заносить условия и результаты каждого опыта. Это отучит вас от беспорядочного «экспериментирования». Вы почувствуете, как с каждым новым опытом растет ваше знание предмета.

Вы сумеете планировать дальнейший эксперимент, предугадывать его результаты, сопоставлять и анализировать опыты. Вы поймете причины многих ваших ошибок и неудач. Одним словом, вы с лихвой окупите то время, которое потратите на записи. Экспериментальную работу по ультраакустике лучше всего начать с изготовления низкочастотного магннтострикционного излучателя н одного из электронных генераторов для его возбуждения. После этого желательно поставить возможно большее количество опытов с ультразвуком низкой частоты.

Когда вы достаточно хорошо освоите низкочастотный диапазон, можно перейти к опытам с ультразвуком средней и высокой частот. В заключение следует отметить, что внимание автора иа возможности магнитострикционных излучателей с феррнтовыми вибраторами обратил А. Р. Геннинг. В экспериментальной работе большую помощь оказали бывшие студенты Р.-Э. Е. Шафир, В-Э. Г. Хохловкин, Ф. Ф.

Вавилова, Н. В. Назаров, Е. С. Мамаева и ряд других. Многие учителя физики г. Глазова приложили немало усилий, чтобы вместе со школьниками повторить некоторые нз описанных ниже приборов н опытов. Всем им, без чьего труда и доброжелательной поддержки было бы невозможно написание книги, автор выражает глубокую благодарность.