Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
воды, находящуюся на торце вибратора расположенного вертикально
магнитострикционного излучателя. Настраивая генератор в резонанс с
вибратором так, чтобы получился ультразвук сравнительно небольшой
интенсивности, следите за содержимым трубки. Если вы удачно подобрали
интенсивность ультразвука (при большой интенсивности наблюдается сильный
акустический ветер) и высоту столба жидкости в трубке, у вас образуется
стоячая волна, которую можно видеть благодаря периодическим просветлениям
вдоль трубки суспензии алюминиевой краски в ацетоне. Опыт требует
тщательности и определенного экспериментального искусства. Гораздо чаще
вместо того, что нужно, вы будете наблюдать уже знакомое вам просветление
всего столба жидкости.
Результат опыта объясняется тем, что алюминиевые чешуйки в пучностях
стоячей волны поворачиваются перпендикулярно к оси трубки, а в узлах они
ориентированы самым беспорядочным образом. Поэтому узлы и пучности по-
разному рассеивают свет
96
и в силу этого становятся видимыми непосредственно глазом.
Держать трубку в капле воды на торце вибратора трудно: вибратор
колеблется, и трубка часто соскальзывает с него. Чтобы облегчить работу,
укрепите вибратор резиновыми колечками в стеклянной трубочке, а к ней
пластилином прикрепите небольшую баночку из пластмассы или алюминия (рис.
56). В баночку
Рис. 56. Способ введения ультразвука в жидкость, заполняющую баночку (а),
и общий вид применяемого прибора (б).
1-баночка (ее можно изготозитъ из пластмассовой упаковки, в которой
продают закрепитель), 2-пластилин, 3 - стеклянная трубка, 4 - феррито-еый
вибратор излучателя, 5-резиновая трубка, 6-резиновое колечко,
расположенное посередине вибратора.
нале:йте воды и трубку с суспензией поместите запаянным концом в воду
так, чтобы расстояние между ним и торцом вибратора составляло 0,5-2 мм.
Вместо того чтобы запаивать конец трубки, можно затянуть его тонкой
резиновой пленкой от детского надувного шарика.
Интересно поставить аналогичные опыты, пользуясь вместо трубки обычной
стеклянной пробиркой. Экспериментируя, вы заметите, что иногда в пробирке
образуется 'стоячая волна, соседние пучности
4 В. В. Майер 97
которой отстоят друг от друга на расстояние, много меньшее ожидаемого
согласно расчету (рис. 57). Это
Рис. 57. Стоячие ультразвуковые волны в пробирке, заполненной суспензией
алюминиевой краски в ацетоне.
Пробирка верхним концом закреплена в лапке штатива, а дном касается торца
ферритового вибратора (на вибратор нанесена капля подсолнечного масла).
Все картины стоячей волны, представленные на фотографиях, получены в
одних условиях; слегка только изменилось усилие, прижимающее пробирку к
вибратору.
удивительно, поскольку условия опыта, казалось бы, совершенно не меняются
и, в частности, частота ультразвука остается прежней. Объясняется
наблюден-
98
ное вами замечательное явление тем, что ультразвуковая волна
распространяется не только в жидкости, но и по стеклу пробирки. При этом
пробирка совершает поперечные радиальные колебания, что и приводит к
возникновению в жидкости волны иной длины, чем у обычной продольной.
Еще один впечатляющий вариант описанных опытов заключается в следующем. В
торце ферритового вибратора смоченным водой острым углом напильника
сделайте небольшое сферическое углубление. Расположив низкочастотный
магнитострикционный излучатель вертикально на столе, в лапке штатива над
Рис. 58. Стоячая волна в длинной пробирке, заполненной суспензией
алюминиевой краски в ацетоне. а -до начала облучения; б-после включения
ультразвука. Верхняя область, в которой чешуйки алюминиевой краски
ориентированы беспорядочно, отстоит на чстсерть длины волны от свободной
поверхности жидкости в пробирке, а ннжнкя- на полаолны от торца
излучателя (дна пробирки). Таким образом, опыт убедительно показывает,
что ориентирующее действие ультразвука наблюдается в пучностях смещений
стоячей волны (им соответствуют прозрачные участки жидкости на
фотографии).
ним закрепите длинную пробирку с суспензией алюминиевой краски в ацетоне.
Рукой прижмите дно пробирки к торцу вибратора (для успеха опыта
необходимо подобрать оптимальное давление) и включите ультразвук. Вы
увидите прекрасную стоячую волну в пробирке (рис. 58).
Наблюдения показывают, что описанным методом длину ультразвуковой волны в
жидкости можно 4* 99
измерить с гораздо меньшей точностью, чем в воздухе или твердом теле:
узлы и пучности стоячей волны, видимые благодаря различной ориентации
алюминиевых чешуек, сильно "размазаны". Однако существует значительно
более точный метод индикации узлов и пучностей стоячей волны в жидкостях,
чем рассмотренный выше. Этот метод используется в специальных приборах,
которые называют ультразвуковыми интерферометрами.
Собрать модель ультразвукового интерферометра совсем несложно.
Укрепленной в лапке универсального штатива струбциной зажмите резиновую
грушу. Грушу резиновым патрубком соедините со стеклянной трубкой
