Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
внутренним диаметром 8 мм и длиной 30- 40 см. На трубке с помощью обжимок
из жести или винипласта закрепите линейку. Трубку зафиксируйте
вертикально в еще одной лапке штатива. Под нижний конец стеклянной трубки
подведите магнитострикци-онный излучатель с укрепленной на его вибраторе
чашечкой (см. рис. 56,6). В чашечку налейте дистилли-ровашшую или
прокипяченную воду и, вращая зажимной винт струбцины, поднимите столб
воды в трубке.
Включите ультразвуковой генератор и настройте его в резонанс с
вибратором. О точности настройки вы можете судить по громкости шипящего
звука (так называемого кавитационного шума). Медленно вращайте винт
струбцины, изменяя высоту столба воды над вибратором магнитострикционного
излучателя. При этом через равные изменения высоты столба жидкости вы
будете слышать усиление и ослабление кавитационного шума.
При объяснении описанного выше явления разумно предположить, что
изменение высоты столба жидкости приводит к систематическому
возникновению и исчезновению стоячей ультразвуковой волны, подобно тому,
как это имело место при перемещении отражателя в трубке Кундта.
Совершенно очевидно, что интенсивность колебаний вибратора излучателя
зависит от того, есть ли стоячая волна в трубке или ее нет. Если бы такой
зависимости не существовало, то было бы трудно объяснить связь высоты
столба жидкости с громкостью кавитационного шума. Таким образом,
100
из опыта следует, что само появление стоячей волны в столбе жидкости -над
вибратором оказывает воздействие на излучатель: амплитуда колебаний
вибратора меняется в зависимости от того, приводит ли его работа к
образованию стоячей волны или нет.
Но изменение интенсивности колебаний вибратора, естественно, должно
приводить к изменению мощности, потребляемой излучателем от генератора. В
свою очередь эти изменения неизбежно должны влиять на величину
постоянного тока, проходящего от выпрямителя по транзисторному
генератору. Колебания тока, вызванные реакцией излучателя на стоячую
волну, незначительны по сравнению с полным током,
Рис. 59. Блок-схема электрической части ультразвукового интерферометра.
проходящим через генератор. Поэтому для их обнаружения используют
специальную схему компенсации (рис. 59), состоящую из постороннего
источника питания, переменного резистора и миллиамперметра.
Разберемся в работе этой схемы. Электрический ток от выпрямителя проходит
к ультразвуковому генератору через миллиамперметр. Параллельно последнему
прибору подключены последовательно соединенные батарея и переменный
резистор. Полярность батареи выбрана так, что создаваемый ею в
миллиамперметре ток направлен противоположно току, идущему через тот же
миллиамперметр от выпрямителя. .Меняя сопротивление резистора, можно
добиться равенства по абсолютной величине токов, проходящих через
миллиамперметр. Поскольку рассматриваемые токи имеют противоположные
направления, общий ток, протекающий через прибор, будет равен нулю. -
Таким образом, схема позволяет скомпенсировать значительный по величине
постоянный ток, который потребляется от источника питания ультразвуковым
101
генератором, и, следовательно, наблюдать небольшие изменения этого тока,
вызванные реакцией излучателя.
Для проведения эксперимента удобно использовать отдельный источник
питания и ультразвуковой генератор, собранный на открытой панели (рис.
60), Если генератор собран в корпусе, то следует разО' рвать цепь его
питания и вывести два проводника для подключения схемы компенсации
наружу.
Рис. 60. Установка для проведения опытов с ультразвуковым
интерферометром.
При сборке цепи компенсации используйте одну или две батарейки для
карманного фонаря, переменный резистор с максимальным сопротивлением 250-
500 Ом и авометр, например, типа Ц-20. Собрав установку, включите питание
генератора и подсоедините в цепь батарейку. Только после этого можно
включить в цепь авометр, причем использовать его следует как
миллиамперметр с наибольшим пределом измерения (у авометра типа Ц-20 этот
предел равен 750 мА). Настройте генератор в резонанс с вибратором.
Изменяя переменным резистором величину тока компенсации, добейтесь, чтобы
стрелка прибора оказалась вблизи нуля шкалы, а затем переключите миллиам-
102
перметр на меньший предел измерения и вновь повтск рите операцию
компенсации тока. Описанным способом вы должны дойти до предела измерения
30 мА и установить переменным резистором стрелку миллиамперметра
посередине шкалы.
Если в вашем распоряжении нет авометра, то вместо него можно использовать
любой миллиамперметр с пределом измерения не больше 30 мА, рассчитав и
изготовив по приведенным выше данным (для прибора Ц-20) шунтирующие его
резисторы.
Настроив схему компенсации, начинайте опыт. Изменяя вращением винта
струбцины степень сжатия
Рис. 61. График зависимости изменения тока, потребляемого ультразвуковым
генератором, от высоты столба жидкости (воды) над излучателем.
груши, постепенно увеличивайте высоту столба жидкости над вибратором. При
