Майер В.В. - Простые опыты с ультразвуком (1040531), страница 16
Текст из файла (страница 16)
Положение изображений на экране можно отметить остро отточенным карандашом или 94 иглой. Затем экран можно снять и измерить штангенциркулем расстояние кь. Задание 80. Повторите опыт по образованию пылевых фигур Кундта в трубке, пользуясь магнитострикционным излучателем, подключенным к ламповому генератору, который питается от источника пере,менного тока (см. рис. 22).
При этом порошок в Ряс. 54. Прибор для набжодения стоячея ультразвуковой волны с ломонноо жидкости в трубке Куидтв. трубке перераспределится, как показано на рис. 55. Сравните результат опыта с тем, что получается при ьл-'%;,т М! ВЭ-.=кьм-:ккееклььм Рис. 56, Пылевые фигуры Кундта орн использовании модулиро- ванной ультрззвуковой волны.
использовании немодулированной ультразвуковой волны Попробуйте объяснить явление. Задание 31. Сделайте трубку Кундта покороче, длиной всего 5 — 8 см. Закрыв герметически один 95 конец трубки отражателем, налейте в нее немного спирта или ацетона и получите, как описано выше, стоячую волну в воздухе, заполняющем трубку. Постепенно повышайте интенсивность ультразвука, настраивая более точно генератор в резонанс с вибратором. Что вы при этом наблюдаетей стоячАя ьльтвьзвьковдя волна в жидкости Метод получения стоячей волны часто используется для измерения скорости звука в различных жидкостях. Поэтому, несмотря па то„что вы достаточно подробно изучили стоячую ультразвуковую волну в твердых телах и газах, вам будет небесполезно познакомиться и со стоячей волной в жидкостях.
Наблюдать непосредственно глазом стоячую волну в жидкостях можно, если воспользоваться ориентирующим действием ультразвука. В стекляннуютрубку внутренним диаметром 3 — 6 мм, один конец которой предварительно запаян на пламени газовой горелки или сухого горючего, налейте суспензию алюминиевой краски в ацетоне.
Трубку запаянным концом поместите в каплю воды, находящуюся на торце вибратора расположенного вертикально магнитострикционного излучателя. Настраивая генератор в резонанс с вибратором так, чтобы получился ультразвук сравнительно небольшой интенсивности, следите за содержимым трубки. Если вы удачно подобрали интенсивность ультразвука (при большой интенсивности наблюдается силы~ый акустический ветер) и высоту столба жидкости в трубке, у вас образуется стоячая волна, которую можно видеть благодаря периодическим просветлениям вдоль трубки суспензии алюминиевой краски в ацетоне.
Опыт требует тщательности и определенного экспериментального искусства. Гораздо чаще вместо того, что нужно, вы будете наблюдать уже знакомое вам просветление всего столба жидкости, Результат опыта объясняется тем, что алюминиевые чешуйки в пучностях стоячей волны поворачиваются перпендикулярно к оси трубки, а в узлах они ориентированы самым беспорядочным образом, Поэтому узлы и пучности по-разному рассеивают свет 96 и в силу этого становятся видимыми непосредственно глазом. Держать трубку в капле воды па торце вибратора трудно: вибратор колеблется, и трубка часто соскальзывает с него.
Чтобы облегчить работу, укрепите вибратор резиновыми колечками в стеклянной трубочке, а к ней пластилином прикрепите небольшую баночку из пластмассы или алюминия (рис, 56). В баночку Рнс. 56. Способ введення ультразвука в жидкость, заполняю. щую баночку (а), н общий внд применяемого прибора (бр у — баночка (ее можно изготовить кз пластмассовой унвковкн, в которой нрокажт авкрепнтельк у †пластил, 3 †стеклянн трубка, 4 †феррятоьмй внбрйтор излучателя, Л вЂ резинов трубна, Л вЂ” резкковае колечко, рас- положенное свссрелкне внбуатора. налейте воды и трубку с суспензней поместите запаянным концом в воду так, чтобы расстояние между ним и торцом вибратора составляло 0,5 — 2 мм. Вместо того чтобы запаивать конец трубки, можно затянуть его тонкой резиновой пленкой от детского надувного шарика.
Интересяо поставить аналогичные опыты, пользуясь вместо трубки обычной стеклянной пробиркой. Экспериментируя, вы заметите, что иногда в пробирке образуется ' стоячая волна, соседние пучиости 4 В. В. Майер 97 которой отстоят друг от друга на расстояние, много меньшее ожидаемого согласно расчету (рис. 57).
Это рис. 57. Стоячие ультразвуковые волны в пробирке, заполнекной суспензией алюминиевой краски в ацетоне. Пробирке вертким концом ввк(милене в лепке штатива, в дном квсветси тоРца ферритового внбрвторв (нв внбрвтор ивнесенв квплв подсолнечного мвглвк Все квртнвы стоичеа волны, предстввленные нв фотогрвфиих,получены в одних (свовнвх; слегка только нвменвлось усилие, примнмвшгцее пробирку к внбрвтару. удивительно, поскольку условия опыта, казалось бы, совершенно не меняются и, в частности, частота ультразвука остается прежней. Объясняется наблюден- 98 ное вами замечательное явление тем, что ультразву ковая волна распространяется не только в жидкости, но и по стеклу пробирки. При этом пробирка совершает поперечные радиальные колебания, что и приводит к возникновению в жидкости волны иной длины, чем у обычной продольной.
Еще один впечатляющий вариант описанных опытов заключается в следующем. В торце ферритового вибратора смоченным водой острым углом напильника сделайте небольшое сферическое углубление. Расположив низкочастотный магннтострикционный излучатель вертикально на столе, в лапке штатива над Рис. 68. Стоячая волна в длинной пробирке, заполненной сус- пензией алюминиевой краски в ацетоне. а — до взч зле облучения; б — восле включения ультразвука. Верхняя область. в катерок чгюуйки алюминиевой краски ориентированы бесиорндочио.
отстоит в» чстссргь длины волам ат свободной яоверхкосги ыидкости а вробирке, з инжияя — иа еолзолны от торца излучателя (дна пробирки). Таким образом, опыт убедительна показывает, по ориентирующее действие ультразвука наблюдается а иучностях смещений стоячей волны гкм «оот. ветсгвуют нроарачиыа участки жидкости не фо*ографнн).
ним закрепите длинную пробирку с суспензией алюминиевой краски в ацетоне. Рукой прижмите дно пробирки к торцу вибратора (для успеха опыта необходимо подобрать оптимальное давление) и включите ультразвук. Вы увидите прекрасную стоячую волну в пробирке (рнс. 58). Наблюдения показывают, что описанным методом длину ультразвуковой волны в жидкости можно г)» 99 измерить с гораздо меньшей точностью,чем в воздухе или твердом теле; узлы и пучности стоячей волны, видимые благодаря различной ориентации алюминиевых чешуек, сильно «размазаны». Однако существует значительно более точный метод индикации узлов и пучностей стоячей волны в жидкостях, чем рассмотренный выше.
Этот метод используется в специальных приборах, которые называют ультразвуковыми интерферометрами. Собрать модель ультразвукового интерферометра совсем несложно. Укрепленной в лапке универсального штатива струбциной зажмите резиновую грушу. Грушу резиновым патрубком соедините со стеклянной трубкой внутренним диаметром 8 мм и длиной 30— 40 см, На трубке с помощью обжимок из жести илн винипласта закрепите линейку.
Трубку зафиксируйте вертикально в еще одной лапке штатива. Под нижний конец стеклянной трубки подведите магнитострнкциоииый излучатель с укрепленной на его вибраторс чашечкой (см. рис. 56,б). В чашечку налейте дистиллированнную или прокипяченную воду и, вращая зажимной винт струбцины, поднимите столб воды в трубке. Включите ультразвуковой генератор и настройте его в резонанс с вибратором.
О точности настройки вы можете судить по громкости шипящего звука (так называемого кавптацнонного шума), Медленно вращайте винт струбцины, изменяя высоту столба воды над вибратором магнитострикционного излучателя. Прн атом через равные изменения высоты столба жидкости вы будете слышать усиление и ослабление кавитациониого шума. При объяспекии описанного выше явления разумно предположить, что изменение высоты столба жидкости приводит к систематическому возникновению и исчезновению стоячей ультразвуковой волны, подобно тому, как зто имело место при перемещении отражателя в трубке Кундта.
Совершенно очевидно, что интенсивность колебаний вибратора излучателя зависит от того, есть ли стоячая волна в трубке или ее нет. Если бы такой зависимости не существовало, то было бы трудно объяснить связь высоты столба жидкости с громкостью кавитационного шума, Таким образом, 1И из опыта следует, что само появление стоячей волпьг в столбе жидкости над вибратором оказывает воздействие на излучатель: амплитуда колебаний вибратора меняется в зависимости от того, приводит ли его работа к образованию стоячей волны или нет. Но изменение интенсивности колебаний вибратора, естественно, должно приводить к изменению мощности, потребляемой излучателем от генератора. В свою очередь эти изменения неизбежно должны влиять на величину постоянного тока, проходящего от выпрямителя по транзисторному генератору. Колебания тока, вызванные реакцией излучателя на стоячую волну, незначительны по сравнению с полным током, Рис.
59. Блок-схема электрической части ультразвукового иитер- ферометра проходящим через генератор. Поэтому для их обнаружения используют специальную схему компенсации (рис. 59), состоящую из постороннего источника питания, переменного резистора и миллиамперметра. Разберемся в работе этой схемы. Электрический ток от выпрямителя проходит к ультразвуковому генератору через миллиамперметр. Параллельно последнему прибору подключены последовательно соединенные батарея и переменный резистор. Полярность батареи выбрана так, что создаваемый ею в миллиамперметре ток направлен противоположно току„идущему через тот же миллиамперметр от выпрямителя.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
