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

переменной емкости. К выходу генератора подключите магнитострикционный излучатель, состоящий из ферритового вибратора длиной 15-20 мм, свободно расположенного на магнитах (см. рис. 26). На верхний торец вибратора аккуратно нанесите каплю воды, в которой взвешено небольшое количество крахмала. Включите генератор и конденсатором переменной ем-> кости изменяйте частоту электрических колебаний. Изучите происходящие при этом явления.

Задание 29. На рабочую поверхность ферритового вибратора магнитострикционного излучателя, обеспечивающего получение ультразвука частотой 1 МГц (см. рис. 33), нанесите каплю воды со взвешенным в ней крахмалом. Настройте генератор в резонанс с вибратором. Что вы при этом наблюдаете? Сделайте из опыта соответствующий вывод.

СТОЯЧАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ВОЛКА В ВОЗДУХЕ

Еще в прошлом веке немецкий физик Кундт поставил первые опыты со стоячей звуковой волной в газах. В опытах он использовал горизонтально расположенную стеклянную трубку, в которой тонким слоем равномерно были насыпаны мелкие (пробковые) опилки. В один конец трубки был введен звуковой излучатель -закрепленный посередине стеклянный стержень, продольные колебания которого возбуждались трением. В другой конец трубки свободно входил поршень - отражатель. Изменяя положение отражателя, можно было добиться того, чтобы между излучателем и отражателем устанавливалась стоячая волна. При этом порошок в трубке собирался в кучки, обозначая узлы смещений стоячей волны. По известной частоте звука и измеренной в опыте длине волны можно было определять скорость звука в газе, заполняющем трубку.

Опыты Кундта нетрудно повторить, пользуясь магнитострикционный излучателем ультразвука низкой частоты. Подберите стеклянную трубку длиной 100- 150 мм и внутренним диаметром 8-9 мм. Лучше всего использовать для опытов такую трубку, в которую -вибратор входит с минимальным зазором. На концы трубки каденвте-резитэвие --колечки и с по-



мощью жестяных или пластмассовых скобочек укрепите трубку на каком-либо основании (рис. 51).

В трубку равномерным тонким слоем насыпьте легкий сыпучий порошок (например, ликоподий или порошок зубопротезной пластмассы «Протакрил»). Сделать это удобно, пользуясь жестяным желобком, который вместе с насыпанным на него порошком вводится в трубку, а затем переворачивается и удаляется из нее. В один конец трубки введите торец вибратора магнитострикционного излучателя, а в другой - отражатель, в качестве которого можно использовать небольшой обломок ферритового стержня.


Рис. 51. Прибор для наблюдения стоячей ультразвуковой волны в трубке Кундта.

В одно отверстие стеклянной трубки введен отражатель (отрезок ферритового стержня), в другое-вибратор низкочастотного магнитострикционного

излучателя.

Вибратор в каркасе обмотки возбуждения лучше не закреплять. В этом случае нерабочий торец его слегка выйдет из каркаса обмотки и вы сможете поместить на него лезвие бритвы, необходимое для индикации настройки генератора в резонанс с вибратором. Подключите излучатель к ультразвуковому генератору и произведите настройку прибора. Осторожно перемещайте отражатель по трубке. Вы обнаружите, что при определенных положениях отражателя в трубке устанавливается стоячая волна: порошок собирается в узлах этой волны, отстоящих друг от друга на одинаковые расстояния (рис. 52).

Помимо кучек порошка в узлах, в опыте вы заметите тонкие, пленки, причем пленки наибольшей высоты окажутся расположенными в пучностях



смещений стоячей волны. Чем объясняется эта своеобразная ребристая структура распределения порошка в трубке Кундта?

Вспомните о силах, действующих в ультразвуковом поле на две расположенные рядом сферические частицы. Эти силы стремятся сблизить частицы, если отрезок, соединяющий их центры, ориентирован перпендикулярно к направлению распространения волны, и удалить их друг от друга, если частицы расположены вдоль направления распространения ультразвука. Совокупность таких сил, действующих на многие частицы порошка, приводит, как нетрудно


Рис. 52. Стоячая ультразвуковая волна в трубке Кундта. Слева в трубку введен отражатель, справа - вибратор излучателя. В пучностях смещений стоячей волны образуются пылевые пленки. Ближайшая к отражателю пучность смещений отстоит от него на четверть длины волны.

сообразить, к образованию тонких пылевых слоев, ориентированных поперек трубки. Возникновение самих сил обусловлено обтеканием частиц переменным потоком воздуха. Но этот поток имеет максимальную скорость в пучностях смещений, а в узлах стоячей волны воздух практически неподвижен. Поэтому пленки в узлах и не образуются, а в пучностях они имеют максимальную высоту (если вы достаточно тщательно подберете внутренний диаметр трубки Кундта по диаметру вибратора, то сумеете получить в пучностях стоячей волны пленки, почти полностью перекрывающие трубку). Изученное вами явление наблюдается только при значительных интенсивно-стях звуковой волны, и поэтому его относят к эффектам второго порядка.

Экспериментально определите скорость звука в воздухе. Для этого измерьте расстояние между 10- 15 узлами и, разделив его на число промежутков между узлами, определите значение половины длины



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



0.001