Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
края листа. Соединив точки плавными линиями, вы получите чертеж, подобный
изображенному на рис. 41. Нанесите на этот чертеж точку S', симметричную
относительно края листа точке S, в которой вибратор касается бумаги. Если
предположение, что полученные в эксперименте линии суть гиперболы с
фокусом в точке S, верно, то точка S' - второй фокус семейства гипербол.
По определению гипербола - геометрическое место точек, разность
расстояний которых от двух фокусов есть величина постоянная.
На любой из линий чертежа выберите произвольную точку. Измерьте
расстояния от нее до точек S и S' и найдите разность этих расстояний.
Теперь на
74
Рис. 41. К измерению разности хода между интерферирующими из-гибными
волнами.
той же линии возьмите любую другую точку и для нее проделайте ту же
операцию. Вы получите результат, в пределах ошибок опыта совпадающий с
первым. Взяв еще несколько точек на выбранной линии, нетрудно убедиться,
что эта линия действительно является гиперболой.
Подсчитайте разности расстояний от фокусов до точек, принадлежащих
различным линиям чертежа. Вы заметите, что при переходе от первой линии
ко второй эта разность увеличивается в три раза, от первой к третьей - в
пять раз и т. д. Поэтому для разности расстояний можно записать
экспериментальную формулу
6 = (2/г + 1 )а, Л = 0, 1, 2....
где а- некоторая постоянная, имеющая размерность расстояния. Эта.
экспериментальная формула совпадает с приведенной выше теоретической,
если положить, что постоянная а равна половине длины изгибной волны,
распространяющейся в бумажном листе. Таким образом, результаты опыта
полностью подтверждают теорию.
Задание 19. По измеренным в опыте значениям разности хода для
определенного числа k (порядка интерференции) определите длину и скорость
изгибной волны, распространяющейся в бумажном листе. Выясните, зависит ли
длина волны от расстояния между излучателем и краем листа.
Задание 20. Выполняя задание 2, вы научились возбуждать продольные
звуковые колебания в стеклянных трубках. Покажите, что изгибная волна в
Рис. 42. Экспериментальная установка для изучения интерференции в
бумажном листе изгибных волн, испускаемых двумя когерентными источниками.
I-одинаковые магнитострикционные излучатели, 2-лист плотной белой бумаги,
3-слой поролона, 4 - регулировочные винты для горизонтальной установки,
5-фанерное основание.
75
бумажном листе, частота которой лежит в звуковом диапазоне, обладает теми
же свойствами, что и волна ультразвуковой частоты.
Задание 21. Собрав установку, схематически изображенную на рис. 42,
изучите интерференцию изгиб-ных волн в листе бумаги, пользуясь двумя
когерентными излучателями ультразвука. Установите, в фазе или противофазе
колеблются вибраторы излучателей в ваших опытах.
ОРИЕНТИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА
Пусть в ультразвуковом поле диск расположен так, что его плоскость
составляет некоторый угол с направлением распространения волны.
Колеблющиеся частицы среды обтекают диск, меняя направление своего
движения дважды за период ультразвуковой волны. При этом, как нетрудно
видеть из рис. 43, возникают силы, создающие вращающий момент, который
стремится повернуть диск перпендикулярно к направлению распространения
волны.
Описанное явление было впервые подробно изучено выдающимся английским
физиком Дж. В. Рэлеем. Теория показала, что если размеры диска малы по
сравнению с длиной ультразвуковой волны, то сила, поворачивающая диск,
пропорциональна интенсивности ультразвука. Таким образом, диск Рэлея
может быть использован для измерений интенсивности ультразвука.
В настоящее время существуют гораздо более удобные и точные методы
измерения силы звука, и поэтому диск Рэлея с этой целью практически не
применяется. Однако сам эффект ориентации в ультразвуковом поле нередко
используется для обнаружения ультразвука и даже для "проявления"
ультразвуковых изображений.
Чтобы понять, как это делается, поставьте следующий опыт. В пробирке с
ацетоном или керосином размешайте небольшое количество алюминиевой краски
(ее часто называют "серебрянкой"), Магнито-стрикционный излучатель
расположите вертикально на столе и на терец его вибратора нанесите каплю
76
воды или масла. Поместите дно пробирки в каплю на вибраторе и включите
ультразвук (см. рис. 43, б). При этом вы увидите, как серая жидкость в
пробирке просветлеет.
Прежде чем объяснить явление, разберемся, для чего нужна капля воды на
торце вибратора. Если дно пробирки поместить на сухой вибратор, то
ультразвуковая волна от излучателя ппойдет в жидкость
а)
Рис 43. Опыт по ориентирующему действию ультразвука. а-на диск Рэлея,
помещенный в ультразвуковое поле,' действует вращающий момент,
стремящийся повернуть его перпендикулярно к направлению распространения
волиы. б- в пробирке находится суспензия алюминиевой краски в ацетоне.
Каждая взвешенная в ацетоне частичка этой краски представляет собой
маленький диск Рэлея,
только в тех местах, где есть хорошее соприкоснове-ние между ферритом
