Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
вибратора и стеклом пробирки. Там, где вибратор и пробирка разделены хотя
бы тончайшей воздушной прослойкой, ультразвук не пройдет, поскольку он
практически полностью отражается на границе феррит - воздух. Коэффициент
отражения на границе, разделяющей твердое вещество и жидкость,
значительно меньше, поэтому наличие капли жидкости между ферритом и
стеклом приводит к увеличению интенсивности ультразвука в пробирке.
Экспериментаторы в таких случаях говорят, что жидкость между вибратором и
пробиркой улучшает "акустический контакт". Вы уже знакомы с
77
этим явлением по опытам, проделанным с магнито-стрикционным излучателем,
вибратор которого находится на мокром столе.
Перейдем к объяснению результата опыта. Про-бирка заполнена взвесью
(суспензией) мельчайших частиц алюминия в ацетоне. Эти частицы
представляют собой чешуйки, диаметр которых раз в 10-20 превосходит их
толщину. Алюминиевые чешуйки ориентированы в жидкости совершенно
беспорядочно, так что они рассеивают падающий на пробирку свет равномерно
во всех направлениях. При прохождении ультразвука чешуйки, аналогично
диску Рэлея, ориентируются перпендикулярно к направлению распространения
волны. В результате все они отражают свет в одном направлении. Поэтому
жидкость в пробирке кажется светлее.
Теперь уже нетрудно понять и то, как используется ориентирующее действие
ультразвука для выявления ("проявления" или, как говорят, визуализации)
ультразвуковых изображений. Сами изображения создаются с помощью
ультразвуковых линз или зеркал в специальной тонкой кювете. Кювета
заполнена суспензией алюминиевых чешуек в подходящей жидкости (чаще
всего, в ксилоле). Изображение, образованное ультразвуком в кювете,
становится видимым непосредственно глазом благодаря тому, что ориентация
чешуек выражена тем сильнее, чем интенсивнее ультразвук, а области с
разной ориентацией чешуек по-разному рассеивают свет.
Задание 22. Из тонкой латунной фольги вырежьте диск диаметром около 5 мм.
Диск с помощью небольшой расплавленной капельки олова или парафина
укрепите на медной проволоке диаметром 0,05 мм, растянутой между концами
изогнутой в виде рогатки толстой проволоки. Диск должен быть укреплен
так, чтобы в воздухе от легкого дуновения он мог совершать крутильные
колебания. Поместив изготовленный диск Рэлея в воду вблизи торца
ферритового вибратора низкочастотного излучателя, еще раз докажите
существование ориентирующего действия ультразвука.
78
СИЛЫ, ДЕЙСТВУЮЩИЕ НА ТЕЛА В УЛЬТРАЗВУКОВОМ ПОЛЕ
На концах двух тонких (диаметром около 0,05 мм) медных проволочек,
пользуясь паяльником, сделайте из припоя два по возможности одинаковых
шарика 1 диаметром 0,5-1 мм. На вибратор магнитострикци-онного излучателя
3 посередине наденьте резиновое
колечко 5, а поверх него - небольшой отрезок резиновой трубки 4. В
резиновую трубку вставьте стек-> лянную 2 внутренним
диаметром 9-10 мм Г так, чтобы примерно
половина вибратора
находилась
:<8
внутри
О)
О
Рис. 44. К опыту, показывающему существование сил притяжения между
шариками, помещенными в ультразвуковое поле.
Такое крепление вибратора магнитострик-ционного излучателя сделано с
целью уменьшения потерь при введении ультразвуковой волны в жидкость.
Рис. 45. Силы, действующие на шарики, находящиеся в ультразвуковом поле.
трубки (рис. 44). Следите за тем, чтобы вибратор был закреплен только
узким резиновым колечком и не касался стенок стеклянной трубки.
Расположив излучатель вертикально на столе, введите в каркас его обмотки
возбуждения вибратор с закрепленной на нем стеклянной трубкой. В трубку
до высоты 3--5 см от торца вибратора налейте воды. Опустите в воду
заготовленные ранее шарики из
79
припоя и укрепите на спичке пластилином держащие их проволочки так, чтобы
шарики находились на расстоянии около 5 мм от торца вибратора и не
касались стенок трубки.
Включите ультразвуковой генератор и настройте его в резонанс с
вибратором. При этом шарики немедленно сблизятся и коснутся друг друга.
Если выключить ультразвук, шарики вновь займут исходное положение.
Из опыта со всей очевидностью следует, что между двумя шариками,
помещенными на пути распространения ультразвуковой волны, действуют силы
взаимного притяжения. Попробуем объяснить это интересное явление.
Когда шарики расположены так, что отрезок, соединяющий их центры,
перпендикулярен к направлению распространения ультразвука (рис. 45, а),
частицы жидкости, совершающие колебательное движение, в области между
шариками движутся с большей скоростью, чем в остальном объеме жидкости.
При этом по закону Бернулли давление в указанной области снижается.
Поэтому на шарики действуют силы, стремящиеся их сблизить.
Если шарики расположить вдоль направления распространения ультразвука
(см. рис. 45, б), то колебательная скорость частиц жидкости в области
между шариками будет меньше, чем в окружающей их жидкости. Поэтому
давление в промежутке между шариками возрастает, что приводит к
