Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
углерод - масло и масло - спирт и направленные навстречу друг другу,
соединяются; спирт и четыреххлористый углерод, взаимно растворяясь,
окрашиваются, и получающийся раствор постепенно переходит вниз, занимая
5 В. В. Майер
129
область между четыреххлористым углеродом и маслом. Процесс зачастую
продолжается до тех пор, пока поверх масла почти совсем не остается
спирта: последний как бы перетекает вниз по каналу, образованному
соединившимися фонтанами. На рис,' 81 уменьшение толщины слоя спирта не
заметно потому, что выпуклый вверх мениск границы масло - спирт не
позволяет увидеть этого. Если перед опытом стенки линзового сосуда слегка
смазать трансформаторным маслом так, чтобы они не смачивались спиртом, то
описанное явление будет заметно особенно хорошо.
Мы уже отмечали, что радиационное давление характерно для волн любой
природы. Как выдумаете, можно ли, используя достаточно интенсивный
световой пучок, полученный, например, с помощью мощного лазера, наблюдать
аналогичные рассмотренным здесь явления?
Задание 42. Все фотографии ультразвуковых фонтанов на границах раздела
жидкостей получены нами при использовании в качестве источников
ультразвука пьезоэлектрических излучателей на частоты 1 и 3 МГц. Мы не
ставили аналогичных опытов с магнитострик-ционными излучателями.
Попробуйте наблюдать опи-¦ санные выше явления, используя высокочастотные
магнитострикционные излучатели ультразвука.
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ КАПИЛЛЯРНЫЙ ЭФФЕКТ
Мы уже не раз обращали ваше внимание на то, как важно экспериментатору
постоянно развивать свою наблюдательность. В этом смысле очень
поучительно познакомиться с открытием, сделанным в 1973 г. академиком Е.
Г. Коноваловым. Можно почти с полной уверенностью утверждать, что десятки
ученых не раз наблюдали явление, лежащее в основе открытия, и только
Коновалов, исследовав это явление, показал его принципиальную новизну.
Разберемся в сущности отрытого советским уче-. ным ультразвукового
капиллярного эффекта. Если в жидкость над вибратором ультразвукового
излучателя опустить капилляр, то уровень жидкости в трубке ¦будет выше,
чем вне ее. Эффект капиллярного подня-
130
тйя жидкости хорошо вам известен из школьного курса физики и объясняется
действием сил поверхностного натяжения.
Если теперь включить ультразвук, то столбик жидкости в капилляре станет
еще выше. И это явление нетрудно объяснить: ультразвуковая волна
оказывает радиационное давление на поверхность жидкости в капилляре, и,
поскольку оно направлено в сторону, противоположную направлению силы
тяжести, жидкость поднимется по капилляру. - кости в капилляре при
включении ультразвука изменился на высоту h (рис. 82), то радиационное
давление, очевидно, равно
S = Pgh,
где р - плотность жидкости, а g- ускорение свободного падения. По
известному радиационному давлению можно вычислить интенсивность
ультразвука
/ = '/25с = V2p ghc. (52)
Таким образом, пользуясь капилляром, можно измерить интенсивность
ультразвука.
Этот метод измерения интенсивности давно известен и хорошо изучен. Что же
нового обнаружил Коновалов в гой области, где казалось бы все известно?
Оказывается, что при определенных условиях жидкость в капилляре
поднимается под действием ультразвуковой волны на высоту, в десятки и
сотни раз превышающую ожидаемую при действии только радиационного
давления!
Поставьте опыты, подтверждающие существование ультразвукового
капиллярного эффекта. На столе вертикально расположите
магнитострикционный излучатель, на вибраторе которого укреплена чашечка.
В чашечку налейте воду и опустите в нее, не касаясь вибратора, стеклянную
трубку внутренним диаметром
0,5-2 мм. Включив генератор, получите ультразвук максимальной
интенсивности. Вы заметите, что при
уровень жид-
Рис. 82. К измерению радиационного давления с помощью капилляра.
1 - капилляр, 2-сосуд
с жидкостью, 3-конец ферритового вибратора низкочастотного излучателя.
5*
131
этом столбик воды в капилляре поднимается на высоту не более 1-3 мм. По
формуле (52) нетрудно рассчитать, что такому изменению уровня воды
соответствует интенсивность ультразвука менее 1 Вт/см2. Этот результат
неплохо согласуется с теми, которые вы получили, измеряя интенсивность
ультразвука в воде с помощью радиометра.
Теперь прикоснитесь концом трубки к вибратору и постепенно перемещайте
его по торцу. При необходимости слегка подстройте генератор. Вы
обнаружите,
Рис. 83. Опыт по Рис. 84. К возможному
ультразвуковому ка- объяснению физической
пиллярному эффекту. сущности ультразвукового
капиллярного эффекта. Стенки эластичной трубки 1 периодически сжимаются и
разжимаются благодаря давлению со стороны вращающихся валиков 2. При этом
жидкость из сосуда 3 поднимается по трубке.
как вдруг рывками столбик воды в капилляре начнет расти и через несколько
секунд поверхность жидкости окажется на высоте 50-60 мм (рис. 83).
Если вы удачно подберете капилляр, вибратор излучателя и хорошо настроите
генератор, то сумеете добиться поднятия воды до высоты 20-30 см! Это,
