Майер В.В. - Простые опыты с ультразвуком (1040531), страница 25
Текст из файла (страница 25)
Скорость изгибной волны зависит от частоты. В этом нетрудно убедиться, если использовать в опыте излучатели, вибраторы которых имеют разную длину. Тщательная постановка этой серии опытов позволит вам доказать, что скорость изгибной волны пропорциональна корню квадратному из частоты. 20. Внешний вид экспериментальной установки изображен на рис. 91.
Трубка зажата посередине в лапке универсального штатива и слегка касается своим нижним концом листа бумаги, лежащего на поролоновой «подушке». При возбуждении продольных колебаний трубки трением на листе получаются интерференцнонные картины, подобные тем, которые образуются в опытах с ультразвуковым излучателем (рис. 92). Для успешной постановки опыта важно научиться уверенно возбуждать звуковые колебания трубки, В опыте удобно использовать стеклянные трубки диаметром б мм н длиной 30 — 40 см. 1яО 21.
Чтобы получить когерентные излучатели,возьмите две совершенно одинаковые обмотки возбуждения и подключите их одновременно к выходу одного н того же ультразвукового генератора. Вставьте в каркасы обмоток ферритовые вибраторы одинаковой длины и подмагнитьте их полем, создаваемым одинаковым числом магнитов. Попытайтесь настроить ультразвуковой генератор в резонанс с обоими вибраторами. Как правило, сразу это не удается сделйтгп вибратор одного излучателя будет колебаться на чуть большей частоте„а другого — на немного меньшей. Постепенно стачивая с помощью наждачного круга вибратор, возбуждающийся па меньшей частоте, добейтесь того, чтобы оба вибратора колебались на одной частоте. В этом случае с помощью порошка мар- ' " ""!! ' "'-: '~::" .. ганцовокислого калия ";.':-,:: '; ", „".:,',.'::.ь"'-:::~:" "".-'": '.
можно выявить устойчивую интерференци- ~:, М- . онную картину на бумажном листе. Ряс. 9!. Экспсрямеагальяая устя- Если вибраторы ко- аоькв к аахазию 20 лебл!ется в противофазе, то точно посередине между ними должен находиться минимум интенсивности. Изменяя порядокподключения к выходным клеммам генератора концов обмотки возбуждения одного из излучателей, можно добиться колебания вибраторов в фазе; при этом посередине между ними проходит максимум интенсивности. В последних опытах лучше заострить концы ферритовых вибраторов, обтачивая их на наждачном круге.
22. В этом опыте для введения ультразвука в во- дУ следует использовать способ, поясненпый рис 66 23. Способ введения ультразвука в воду остается ~аким же, как в предыдущем опыте. Шарики, сделанные из припоя на концах тонких проволочек, !б! Рис. 92.
Интерференционные картины, получающиеся «ри отраженил изгнбной волны от края бумажного листа. Волна вовбуждавтся стеклянной трубкой и имеет частоту, лежащую в:вуковом дваоавоне. Во всех опытах а. б, в использовалась одна в та же стеклянная трубка, изменялось только расстояние между се концем и краем листа. нужно расположить вблизи торца вибратора вдоль направления распространении ультразвуковой волны. Если расстояние между вибратором и ближайшим к нему шариком слишком мало, то наблюдаемое явление может осложниться притяжением этого ша. рика к вибратору. Таким образом, для успешной по. становки опыта необходимо правильно подобрать его условия. 24. Налейте в блюдечко воды и расположите излучатель наклонно так, чтобы торец его вибратора оказался наполовину погруженным в воду. При настройке генератора в резонанс с вибратором вы будете наблюдать течение, как бы исходящее из торца.
Если на поверхность воды поместить легкие плавающие тела, то они будут увлекаться этим течением. 25. Ликоподий следует насыпать тонким слоем на ровную поверхность перед вибратором излучателя. При включении ультразвука ликоподнй будет сдуг ультразвуковым ветром. 26. В опыте вблизи внбратора получаются узловые линии, отличные от концентрических окружностей. Поскольку симметрия в условиях опыта сохранилась, результат свидетельствует о том, что скорость распространения звука в различных направлениях по текстолитовой пластинке различна. Текстолит изготавливается из ткани, пропитанной специальными смолами. Очевидно, скорость звука зависит от того, вдоль или поперек волокна распространяется звуковая волна. 27.
Способ получения фигур Хладни в звуковом диапазоне понятен из рис. 93. Опыты показь;вают, что в звуковом диапазоне частот явление дисперсии изгибных волн также суще. ствует. Например, при использовании в качестве источников стеклянных трубок длиной 30 и 60 ем (внутренним диаметром 0,5 и внешним 4,5 мм) длины изгибных волн в дюралевом диске толщиной 1,7 мм (диаметром !20 мм) оказались равными соответственно Л~ = 34,5 ммиЛз — — 50,5 мм. Их отношение Лр/Л~ —— =1,46ж-1Г2. Частота при этом меняется в два раза: одна стеклянная трубка вдвое длиннее дру~ой. Так"и образом, опыт подтверждает, что скорость 153 звуковой изгибной волны пропорциональна корню' квадратному нз частоты.
28. При определенных частотах капля воды на торце вибратора начинает колебаться и крахмал перераспределяется, обозначая узловые линии. В 'опыте можно наблюдать до 5 — 10 типов (их называют молами) колебаний, причем каждому из них соответствует своя картина узловых линий. Разнообразие этих картин удивительно, но еще более удивительно, что все онн могут быть объяснены строгой теорией. 29. Крахмал на поверхности вибратора обозначает узловые линии, очеяь похожие на те, которые наблюдаготся в опытах с фигурами Хладни. Из опыта Рис. 93. Получение фигур Хладна на дюралснон диско ори иомогин стеклииных трубок длнноа 30 (а) и 60 си (б).
следует, что вибратор магннтострикционного излучателя колеблется не поршиеобразно, а совершает сложное колебательное движение. 30. Ламповый генератор дает модулированные ультразвуковые колебания: ультразвук 50 раз в секунду появляется и исчезает.
Поэтому распределение порошка в трубке Кундта усредняется так, что получается как бы «график» стоячей волны в трубке. Тонкие пылевые слои, подымающиеся вверх от основания трубки, в опыте не образуются. 31. В опыте вы увидите, как с ростом интенсивности растут вспучивания на поверхности жидкости. Начиная с некоторого значения интенсивности ультразвука, во вспучиваннях происходит фонтанирова- 154 нис жидкости. 11аконеп, прн максимальной интенсивности жидкость разбивается на слои, расположенные вертикально поперек трубки. Для успешной поста>ювкн опыта существенна интенсивность стоячей волны, образующейся в трубке Кундта.
С целью увеличения интенсивности в опыте можно использовать трубку не слишком большой длины и такого диаметра, чтобы зазор между ее стенками и вибратором излучателя был минимальны>л. Отражатель при этом должен иметь ровну>о поверхность, ориентированную, как и торец внбратора, строго перпендикулярно к оси трубки. 32. Изменения, которые нужно внести в конструкцию магнитострикцнонного излучателя ультразвука средней частоты, чтобы использовать его в модели ультразвукового интерфероиетра, Рве. 94 Коиструкции ультрапоия>ны из рис. 94.
Схе- звгкового излУчзтели еРелпей му компенсации можно частоты, используемого в мо- дели иитерферометрз ОСтаВИтЬ ПрЕжНЕй, НО ИС- 1 — сгскаввва» трубка, 3 — бавоака пользовать ес для реги- » дк стью. з — сарр» выз ора- тор, З вЂ” реаивотыь диск, в катарам страпии изменений анод- аакрсввюа а»оратор, Б — стайка киного тока лампового генератора Для этого схе- г-иагивты.иоаарваркиииевибратоР.
му компенсации следует включить в разрыв провода, идущего к среднему Отводу высокочастотного трансформатора. В ламповом генераторе происходит выпрямление переменного тока, поэтому в схеме компенсации можно использовать мнллиамперметр, рассчитанный на измерение постоянного тока. Зб. Стоячая волна в суспензии алюминиевой краски в ацетоне обозначается практически мгновенно. Поскольку длина ультразвуковой волны в этом ОПЫТЕ довольнО велика (НОРяпка нескольких сантиметров), трудно допустить, что частицы алюминиевой краски за ничтожно малый промежуток времени успеют перераспределиться между узлами и 1ЗБ пучностями.
Поэтому единственно верным объяснением опыта является ориентирующее действие ультразвука. Коагуляция гидрозолей требует заметно большего времени. Особенно отчетливо развитие процесса коагуляции во времени можно наблюдать, если получать стоячую волну в эмульсии керосина в воде, 36. В опыте образуется стоячая волна за счет интерференции волны, падающей на поверхность жидкости, и отраженной этой поверхностью волны (рис. 95). Эксперимент позволяет определить частоту магннтострикционного излучателя. С этой целью Рис.
96. Схема опыта к ааданаю 37. 1 — кювета с суспеизией «ратмала в воде. 2 †стеклянн пластинка, а-вибратор излучателя. Стоячая волна обРазуется ппи отраменни ультРазвука от сте~нси кювета. Рис. 96. Стоячая волна н суспензии крахмала а воде. 1 — кювета с суспензией. Л вЂ” вибРатоР излучатели. необходимо измерить расстояние между 10 — 20 пучностями стоячей волны, вычислить длину ультразвуковой волны и по известной скорости звука в воде определить частоту, 37. В опыте можно наблюдать отражение ультразвуковой волны от стеклянной пластинки (рис.
96). Если стеклянную пластинку заменить пластинкой из оргстекла, то можно будет одновременно наблюдать отражение и прохождение волн через пластинку. 38. При использовании низкочастотного излучате. ля для получения стоячей волны в суспензии алюминиевой краски в ацетоне необходимо очень тщательно подобрать условия опыта. Аналогичные опыты с 1И ультразвуковыми излучателями средней и высокой частот очень просты и получаются всегда. 39. Излучатель с ферритовым вибратором дляной 40 — 50 мм дает значительно более интенсивную ультразвуковую волну, чем излучатель с вибратором длиной 160 мм.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
