Главная - Литература

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [24] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52

бумажном листе, частота которой лежит в звуковом диапазоне, обладает теми же свойствами, что и волна ультразвуковой частоты.

Задание 21. Собрав установку, схематически изображенную на рис. 42, изучите интерференцию изгиб-ных волн в листе бумаги, пользуясь двумя когерентными излучателями ультразвука. Установите, в фазе или противофазе колеблются вибраторы излучателей в ваших опытах.

ОРИЕНТИРУЮЩЕЕ ДЕЙСТВИЕ УЛЬТРАЗВУКА

Пусть в ультразвуковом поле диск расположен так, что его плоскость составляет некоторый угол с направлением распространения волны. Колеблющиеся частицы среды обтекают диск, меняя направление своего движения дважды за период ультразвуковой волны. При этом, как нетрудно видеть из рис. 43, возникают силы, создающие вращающий момент, который стремится повернуть диск перпендикулярно к направлению распространения волны.

Описанное явление было впервые подробно изучено выдающимся английским физиком Дж. В. Рэ-леем. Теория показала, что если размеры диска малы по сравнению с длиной ультразвуковой волны, то сила, поворачивающая диск, пропорциональна интенсивности ультразвука. Таким образом, диск Рэлея может быть использован для измерений интенсивности ультразвука.

В настоящее время существуют гораздо более удобные и точные методы измерения силы звука, и поэтому диск Рэлея с этой целью практически не применяется. Однако сам эффект ориентации в ультразвуковом поле нередко используется для обнаружения ультразвука и даже для «проявления» ультразвуковых изображений.

Чтобы понять, как это делается, поставьте следующий опыт. В пробирке с ацетоном или керосином размешайте небольшое количество алюминиевой краски (ее часто называют «серебрянкой»). Магнитострикционный излучатель расположите вертикально на столе и на терец его вибратора нанесите каплю



воды или масла. Поместите дно пробирки в каплю на вибраторе и включите ультразвук (см. рис. 43, б). При этом вы увидите, как серая жидкость в пробирке просветлеет.

Прежде чем объяснить явление, разберемся, для чего нужна капля воды на торце вибратора. Если дно пробирки поместить на сухой вибратор, то ультразвуковая волна от излучателя ппойдет в жидкость


Рис 43. Опыт по ориентирующему действию ультразвука. а-на диск Рэлея, помещенный в ультразвуковое поле, действует вращающий момент, стремящийся повернуть его перпендикулярно к направлению распространения волны, б-в пробирке находится суспензия алюминиевой краски в ацетоне. Каждая взвешенная в ацетоне частичка этой краски представляет собой маленький диск Рэлея.

только в тех местах, где есть хорошее соприкосновение между ферритом вибратора и стеклом пробирки. Там, где вибратор и пробирка разделены хотя бы тончайшей воздушной прослойкой, ультразвук не пройдет, поскольку он практически полностью отражается на границе феррит - воздух. Коэффициент отражения на границе, разделяющей твердое вещество и жидкость, значительно меньше, поэтому наличие капли жидкости между ферритом и стеклом приводит к увеличению интенсивности ультразвука в пробирке. Экспериментаторы в таких случаях говорят, что жидкость между вибратором и пробиркой улучшает «акустический контакт». Вы уже знакомы с



этим явлением по опытам, проделанным с магнитострикционный излучателем, вибратор которого находится на мокром столе.

Перейдем к объяснению результата опыта. Пробирка заполнена взвесью (суспензией) мельчайших частиц алюминия в ацетоне. Эти частицы представляют собой чешуйки, диаметр которых раз в 10-20 превосходит их толщину. Алюминиевые чешуйки ориентированы в жидкости совершенно беспорядочно, так что они рассеивают падающий на пробирку свет равномерно во всех направлениях. При прохождении ультразвука чешуйки, аналогично диску Рэлея, ориентируются перпендикулярно к направлению распространения волны. В результате все они отражают свет в одном направлении. Поэтому жидкость в пробирке кажется светлее.

Теперь уже нетрудно понять и то, как используется ориентирующее действие ультразвука для выявления («проявления» или, как говорят, визуализации) ультразвуковых изображений. Сами изображения создаются с помощью ультразвуковых линз или зеркал в специальной тонкой кювете. Кювета заполнена суспензией алюминиевых чешуек в подходящей жидкости (чаще всего, в ксилоле). Изображение, образованное ультразвуком в кювете, становится видимым непосредственно глазом благодаря тому, что ориентация чешуек выражена тем сильнее, чем интенсивнее ультразвук, а области с разной ориентацией чешуек по-разному рассеивают свет.

Задание 22. Из тонкой латунной фольги вырежьте диск диаметром около 5 мм. Диск с помощью небольшой расплавленной капельки олова или парафина укрепите на медной проволоке диаметром 0,05 мм, растянутой между концами изогнутой в виде рогатки толстой проволоки. Диск должен быть укреплен так, чтобы в воздухе от легкого дуновения он мог совершать крутильные колебания. Поместив изготовленный диск Рэлея в воду вблизи торца ферритового вибратора низкочастотного излучателя, еще раз докажите существование ориентирующего действия ультразвука.



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 [24] 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52



0.0012