Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
возникновению сил отталкивания. Таким образом, силы, действующие между
двумя частицами, находящимися в области распространения ультразвуковой
волны, зависят от взаимного расположения частиц относительно фронта
волны. Мы предоставляем вам самостоятельно продумать и поставить опыты,
доказывающие это положение, а сейчас опишем еще один интересный
эксперимент, иллюстрирующий возникновение сил в ультразвуковом поле.
В пробирку (или стакан) налейте воду и поместите на ее дно небольшие
кусочки какого-либо немагнитного материала, например оргстекла.
Прикоснитесь к кусочкам оргстекла торцом вибратора и убедитесь, что
неработающий вибратор их не притя-
80
.гивает. Включите ультразвуковой генератор и настройте его в резонанс с
вибратором. Расположите излучатель так, чтобы его вибратор находился на
расстоянии 1-2 мм от кусочка оргстекла. При этом вы увидите, что
оргстекло подскочит и как бы прилипнет к торцу вибратора. Поднимая
вибратор, вместе с ним можно поднять и оргстекло вплоть до поверхности
воды (иногда удается вынуть вибратор с прилипшим к его торцу кусочком
оргстекла даже в воздух). Опыт можно повторить с обрезками винипласта,
алюминия и т. п. Это покажет вам, что - в первом приближении - эффект не
зависит от материала кусочков.
Притяжение работающим вибратором объясняется тем, что среднее давление в
ультразвуковом поле меньше, чем в невозмущенных частях жидкости. За
кусочком любого материала ультразвуковая волна менее интенсивна, чем
перед ним, и поэтому на кусочек действует сила, направленная к источнику
ультразвука.
Задание 23. Поставьте опыт, доказывающий существование сил отталкивания
между сферическими частицами, расположенными вдоль направления
распространения ультразвуковой волны.
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ВЕТЕР
При распространении ультразвуковой волны частицы среды колеблются около
своих положений равновесия (если не учитывать беспорядочного теплового
движения) и не перемещаются вместе с волной. Это свойство является одним
из признаков волнового движения, при котором происходит перенос энергии,
а не вещества.
Однако при включении мощного излучателя ультразвука частицы среды наряду
с колебательным совершают и поступательное движение:- в среде возникает
течение, направленное от излучателя и имеющее скорость, много меньшую
скорости звука. Такое движение частиц среды получило название
ультразвукового ветра. Теория этого интересного явления непроста и еще
далека от окончательного завершения. Поэтому
81
мы предлагаем вам опыты, позволяющие лишь убедиться в его существовании.
На расстоянии около 5 мм от пламени свечи расположите торец вибратора
магнитострикционного излучателя. Включите ультразвуковой генератор и
настройте его в резонанс с вибратором. При этом вы заметите отклонение
пламени, обусловленное идущим от вибратора слабым потоком воздуха (рис.
46). Пламя свечи послужило здесь индикатором ультразвукового ветра.
Ультразвуковой ветер можно наблюдать и в жидкости. Чтобы подтвердить это,
взболтайте в стакане с водой немного крахмала. Опустите в жидкость
вибратор излучателя и подождите, пока суспензия крахмала не успокоится.
Подайте в воду ультразвук. Вы увидите, что в жидкости постепенно
установится медленное течение, как бы исходящее из торца вибратора.
Задание 24. Экспериментально покажите возможность существования
ультразвукового ветра на поверхности жидкости.
Задание 25. При выполнении заданий 15 и 16 вы построили
магнитострикционные излучатели без под-магничивания, ферритовые вибраторы
которых имели длину 40-50 мм. Покажите, что такие излучатели дают более
"сильный" ультразвуковой ветер, чем излучатели с вибраторами длиной около
160 ми. Попробуйте воспользоваться для обнаружения ультразвукового ветра
легким сыпучим порошком (например, ликоподием), насыпанным перед торцом
вибратора.
ФИГУРЫ ХЛАДКИ
Из оргстекла, эбонита, дюраля и т. п. толщиной 1-2 мм вырежьте круг
диаметром 10-15 см: Положите круг на мягкую прокладку (в качестве которой
лучше всего использовать поролон) и равномерно посыпьте его мелкими
кристалликами какого-либо не
Рис. 46. К опыту, доказывающему существование ультразвукового ветра в
воздухе.
82
прилипающего к диску вещества. Если диск изготовлен из светлого
материала, то в опытах удобно использовать марганцовокислый калий, если
из темного- нашатырь, хлорноватокислый калий, сахарный песок.
Торцом вибратора расположенного вертикально магнитострикционного
излучателя прикоснитесь к центру круга. Включите ультразвук. При этом
кристаллики на поверхности диска сразу придут в движение и через
несколько секунд обозначат концентрические круговые линии (рис. 47).
Из анализа ряда предыдущих опытов вы уже знаете, что частицы под
действием ультразвуковых колебаний сбрасываются с пучностей и собираются
в узлах. Таким образом, проделанный эксперимент показывает, что в
круговой пластинке устанавливается стоячая волна.
Такая волна, очевидно, возникает благодаря интерференции падающей от
