Физическая лаборатория - Портис А.
Скачать (прямая ссылка):
179
получает два сигнала. Первый — это прямой сигнал от передающего рупора. Второй — сигнал, отраженный от проводящей поверхности. Мы можем заменить зеркало эффективным источником 5 на противоположной стороне зеркала (рис. 8). Нужно помнить, что, поскольку знак электрического поля меняется при отражении, эффективный источник за зеркалом нужно считать отрицательным по отношению к реальному. Условие, необхо-
Рис. 5.
Рис. 6.
С ъ '////////Ж
ь
Рис. 7.
Рис. 8.
димое для гашения двух источников, заключается в том, чго разность пути равна целому числу длин волн
$Р—$Р=пк.
(13)
Таким образом, с помощью зеркала Ллойда мы можем получить узловые линии для расстояния Ь=3% (рис. 9).
Измерьте картину излучения от рупорной антенны в горизонтальной плоскости в двух случаях: для вертикального электрического поля Е и вертикального магнитного поля В. Сравните наблюдаемые картины с рис. 5 и 6. Установите зеркало Ллойда в вертикальной плоскости, как показано на рис. 7, и нанесите узловые линии на горизонтальной поверхности при вертикальном направлении электрического поля. Затем поверните передающий и принимающий рупоры такимобразом, чтобы магнитное поле В было вертикально, и повторите измерения. Как вы объясните сдвиг узловых линий?
Рис. 9.
180
(Чтобы получить узкие узловые линии, может быть, придется слегка отрегулировать ориентацию рупоров.) Используя металлические пластины, вы можете получить различные виды одно- и двущеле-вых устройств. Рекомендуем вам произвести тщательное измерение картины излучения от узкой щели и картины интерференции от пары узких щелей.
Приложение 2.12а. Акустическая дифракция и интерференция
Основной задачей этой работы будет изучение дифракции микроволн от передающего рупора и от щели. Соответствующие опыты можно выполнить и с ультразвуковыми волнами. На рис. 10 изображено устройство для измерения картины излучения от дискового преобразователя. Для получения надежных данных необходимо, чтобы приемник был всегда ориентирован в направлении источника и находился на постоянном расстоянии от него. В эксперименте должны использоваться вертикальные отражающие поверхности. Удобное приспособление получится, если привинтить приемник к линейке, которая может вращаться вокруг оси.
Измерьте картину излучения от узкой щели, как показано на рис. 11, и сравните обе картины. Почему излучение, исходящее из окна преобразователя, более направленно? Сравните диаметр
Рис. 10.
-41
Рис. 11.
Рис. 12.
отверстия с длиной волны, измеренной по способу, описанному в П.2.8.
Интерференцию звуковых волн от пары когерентных источников можно наблюдать методами, очень похожими на уже описанные для микроволн. На рис. 12 изображено устройство для наблюдения интерференции между парой щелей. При ширине щелей порядка длины волны и при нескольких длинах волн между центрами щелей
181
можно наблюдать сильную интерференцию. Другим устройством является зеркало Ллойда, показанное на рис. 13. Вы можете установить передатчик на расстоянии нескольких длин еолн от вертикальной отражающей пластины и измерить узлы картины интерференции, как в Р.2.12. При отсутствии вертикальной пластины
подходящим зеркалом может слу-жить крышка стола. Исходя из ч \^ положения узловых линий, сле-
дует установить, находится ли \ эффективный источник в фазе или
\ противофазе с реальным источ-
Рис. 13. Рис. 14.
ником. Звуковые волны в газе чисто продольны в отличие от электромагнитных волн, которые поперечны. В каком направлении перемещается воздух у отражающейся поверхности, судя по наблюдаемому расположению узлов? Принимая картину узлов как граничное условие у отражающей поверхности, поставьте эксперимент таким образом, чтобы показать, что звук в воздухе колеблется в продольном, а не в поперечном направлении.
Третий способ наблюдения интерференции состоит в том, что берется пара преобразователей и подсоединяется к генератору по схеме рис. 14. После определения узловых линий измените полярность одного из преобразователей и повторите измерения. Сравните полученные результаты с картиной, наблюдавшейся в эксперименте с зеркалом Ллойда.
Приложение 2.126. Звуковой интерферометр Брауна — Твисса
В 1954 г. Р. Браун и Р. Твисс сообщили об измерении углового диаметра радиозвезд посредством сравнения относительных фаз низкочастотных вариаций интенсивности, измеренных на разных приемниках *). Обычный метод измерения содержал суммирование высокочастотных сигналов от пары приемников и определение результирующей интенсивности. Преимущество интерферометра Брауна — Твисса перед традиционным интерферометром Майкель-сона заключается в том, что нет необходимости сохранять фазу
) РЬПозорЫса! Мадагте 45, 663 (1954).
182
высокочастотных сигналов, а достаточно сохранить фазу значительно более низкочастотных вариаций интенсивности.
Сначала мы рассмотрим интерферометр типа Майкельсона и близкий к нему вариант с зеркалом Ллойда. Затем рассмотрим интерферометр Брауна — Твисса. Мы покажем, как эти два типа интерферометров могут быть приспособлены для работы со звуковыми волнами.
