Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
экспериментальным результатам. Теперь вычислите значения д/ 1/1т и
постройте в той же системе координат график функции y = . Вы
обнаружите, что экспериментальные точки неплохо ложатся на теоретически
построенный график. Тем самым вы доказали справедливость формулы (35), а
значит, и формулы (33).
Внимательно проанализируйте все рассуждения. Убеждены ли вы в том. что
экспериментально подтвердили справедливость теории? Во всяком случае, вы
должны хорошо представлять себе главное, что сделали: доказали, что
скорость звука в пластинке пропорциональна корню квадратному из частоты.
86
Задание 26. Получите фигуры Хладни на диске толщиной 1-2 мм, вырезанном
из текстолита. Если вибратор касается диска в центре, то получается
картина узловых линий, подобная приведенной на рис. 50. Сравните
результат опыта с теми, которые вы наблюдали при использовании дисков из
алюминия и оргстекла. Дайте объяснение явлению.
Рис. 50. Фигуры Хладш на круглой пластинке из текстолита, колебания
которой возбуждаются в разных точках.
Задание 27. Попробуйте получить фигуры Хладни в звуковом диапазоне
частот, возбуждая пластинки колеблющейся стеклянной трубкой (см. задание
2). Существует ли явление дисперсии изгибных волн в звуковом диапазоне
частот?
Задание 28. В генераторе, предназначенном для получения ультразвука
средней частоты (см. рис. 22), замените контурный конденсатор постоянной
емкости СЗ школьным демонстрационным конденсатором
87
переменной емкости. К выходу генератора подключите магнитострикционный
излучатель, состоящий из фер-ритового вибратора длиной 15-20 мм, свободно
расположенного на магнитах (см. рис. 26). На верхний торец вибратора
аккуратно нанесите каплю воды, в которой взвешено небольшое количество
крахмала. Включите генератор и конденсатором переменной емкости изменяйте
частоту электрических колебаний. Изучите происходящие при этом явления.
Задание 29. На рабочую поверхность ферритового вибратора
магнитострикционного излучателя, обеспечивающего получение ультразвука
частотой 1 МГц (см. рис. 33), нанесите каплю воды со взвешенным в ней
крахмалом. Настройте генератор в резонанс с вибратором. Что вы при этом
наблюдаете? Сделайте из опыта соответствующий вывод.
СТОЯЧАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ВОЛКА В ВОЗДУХЕ
Еще в прошлом веке немецкий физик Кундт поставил первые опыты со стоячей
звуковой волной в газах. В опытах он использовал горизонтально
расположенную стеклянную трубку, в которой тонким слоем равномерно были
насыпаны мелкйе (пробковые) опилки. В один конец трубки был введен
звуковой излучатель -закрепленный посередине стеклянный стержень,
продольные колебания которого возбуждались трением. В другой конец трубки
свободно входил поршень - отражатель. Изменяя положение отражателя, можно
было добиться того, чтобы между излучателем и отражателем устанавливалась
стоячая волна. При этом порошок в трубке собирался в кучки, обозначая
узлы смещений стоячей волны. По известной частоте звука и измеренной в
опыте длине волны можно было определять скорость звука в газе,
заполняющем трубку.
Опыты Кундта нетрудно повторить, пользуясь маг-иитострикционным
излучателем ультразвука низкой частоты. Подберите стеклянную трубку
длиной 100- 150 мм и внутренним диаметром 8-9 мм. Лучше всего
использовать для опытов такую трубку, в которую -вибратор входит с
минимальным зазором. На концы трубки кадеивте**резяновме --колечки и с
пси *
?8
мощью жестяных или пластмассовых скобочек укрепите трубку на каком-либо
основании (рис. 51).
В трубку равномерным тонким слоем насыпьте легкий сыпучий порошок
(например, ликоподий или порошок зубопротезной пластмассы "Протакрил"),
Сделать это удобно, пользуясь жестяным желобком, который вместе с
насыпанным на него порошком вводится в трубку, а затем переворачивается и
удаляется из нее. В один конец трубки введите торец вибратора
магнитострикционного излучателя, а в другой - отражатель, в качестве
которого можно использовать небольшой обломок ферритового стержня.
Рис. 51. Прибор для наблюдения стоячей ультразвуковой волны в трубке
Кундта.
В одно отверстие стеклянной трубки введен отражатель (отрезок ферритов
вого стержня), в другое-вибратор низкочастотного магнитострикционного
излучателя.
Вибратор в каркасе обмотки возбуждения лучше не закреплять. В этом случае
нерабочий торец его слегка выйдет из каркаса обмотки и вы сможете
поместить на него лезвие бритвы, необходимое для индикации настройки
генератора в резонанс с вибратором. Подключите излучатель к
ультразвуковому генератору и произведите настройку прибора. Осторожно
перемещайте отражатель по трубке. Вы обнаружите, что при определенных
положениях отражателя в трубке устанавливается стоячая волна: порошок
собирается в узлах этой волны, отстоящих друг от друга на одинаковые
расстояния (рис. 52).
Помимо кучек порошка в узлах, в опыте вы заметите тонкие, пленки, причем
пленки наибольшей высоты окажутся расположенными в пучностях
8?ч
смещений стоячей волны. Чем объясняется эта своеобразная ребристая
