Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
бумажного листа. Вы заметите, как вместе с источником перемещается по
бумаге и система круговых волн.
Пододвиньте вибратор ближе к краю листа. При этом песок на бумаге
обозначит еще одну систему волн, отраженных от края.
Прорежьте в листе бумаги небольшое отверстие и расположите вблизи него
вибратор излучателя. Вы увидите, что ультразвуковая волна частично
отражается от препятствия и огибает его. Отсюда следует существование
дифракции ультразвука.
70
Таким образом, описанные опыты и ряд других, которые можно самим
придумать и поставить, убеждают в том, что магнитострикционный излучатель
Рис. 39; Круговые волны на бумаге при разных наклонах вибратора.
Использованный в опыте песок был слегка желтоиатым, и поэтому фото-графин
волн не контрастны.
действительно возбуждает в упругой среде ультразвуковую волну и эта волна
обладает свойствами, аналогичными свойствам звуковых волн.
Опыты с волнами на бумаге можно продолжить. На установленный
горизонтально плоский слой
71
поролона толщиной не менее 1 см положите лист плотной белой бумаги. Для
успеха опытов очень важно подобрать подходящую бумагу (например, можно
ис-= пользовать лист толщиной 0,3 мм и размером 200 X 290 мм2).
Равномерно посыпьте лист мелко раздробленными кристалликами
марганцовокислого калия. Расположив излучатель вертикально, прикоснитесь
торцом его вибратора к поверхности листа. Вы увидите, что кристаллики на
поверхности листа будут интенсивно колебаться, однако никакой картины
волн, подобной тем, которые вы наблюдали в предыдущих опытах, не
образуется.
Результат опыта нетрудно объяснить: вертикально колеблющийся вибратор
возбуждает в горизонтально расположенном листе поперечную бегущую волну
(ее называют изгибной). Эта волна просто приводит в колебательное
движение расположенные на листе кристаллики марганцовокислого калия, не
перемещая их.
Теперь коснитесь вибратором листа вблизи его незакрепленного края. Вы
сразу увидите, появление характерной картины,, обозначенной
перераспределившимися кристалликами (рис. 40).
Попробуем объяснить результат опыта. Из предшествующего вы уже знаете,
что ультразвуковая волна хорошо отражается на гранвде между твердым
веществом и газом. В результате наложения падающей от вибратора и
отраженной краем листа волн (обе волны, очевидно, когерентны) образуется
интерференционная картина, представляющая собой распределение максимумов
и минимумов интенсивности ультразвукового поля. Эта картина неподвижна, и
поэтому легкий порошок сбрасывается с максимумов интенсивности, где лист
колеблется со значительной амплитудой, и собирается в минимумах. В
результате порошок обозначает распределение интенсивности в
ультразвуковом поле (в опытах с наклонным излучателем получалось
распределение линий равных фаз).
Внимательно рассмотрите получающуюся в опыте интерференционную картину.
Вы видите, что кристаллики не собираются на самом краю листа. Это.
означает, что по краю листа .проходит максимум ии-
72
тенсивности. Разность хода между волнами, идущими от излучателя к краю
листа и отраженными от края, равна нулю. В самом деле, ведь можно
представить себе, что отраженная волна испускается "мнимым" излучателем,
являющимся зеркальным "изображением" действительного, отраженного от края
как от
Рис. 40. Интерференция изгибных волн при отражении от края бумажного
листа. а-излучатель расположен перпендикулярно к плоскости листа; б, е,
г-интерференционные картины при различных расстояниях от торца вибратора
(обозначенного черным кружком) до края листа.
зеркала (т. е. расположенным симметрично ему относительно края листа).
Два таких излучателя дают на краю листа максимум интенсивности, если они
колеблются синфазно.
Таким образом, опыт показывает, что при отражении ультразвука от
акустически менее плотной среды (среды с меньшим акустическим
сопротивлением) фаза волны не меняется. Раньше при объяснении работы
магнитострикционного излучателя мы использовали это положение без
доказательства. Впрочем; уже опыты по -резонансному- возбуждению
73
магнитострикционного вибратора с достаточной убедительностью
свидетельствуют в пользу этого положения.
Выясним, соответствует ли получающаяся в опыте интерференционная картина
теоретическим выводам. Согласно теории интерференции волн минимумы
интенсивности располагаются в точках, в которые волны от источников
приходят с разностью хода, равной нечетному числу длин полуволн
б = */9 (2А: -f- 1) Л, k = О, ± 1, i 2, ..,
Геометрические места таких точек на плоскости представляют собой
семейство гипербол, в фокусах
которых расположены излучатели.
Получите интерференционную картину при отражении изгибной ультразвуковой
волны от края листа. Остро отточенным карандашом обозначьте на листе
полученные линии минимумов интенсивности и положение торца излучателя.
Убрав марганцовокислый калий, наложите лист бумаги на другой и иглой
"переколите" экспериментальные точки, а карандашом отметьте положение
