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

чтобы она была расположена под углом 45° к поверхности вибратора. Пронаблюдайте и объясните соответствующее явление.

Задание 38. Повторите опыты по образованию стоячей волны в суспензии алюминиевой краски в ацетоне, используя магнитострикционные излучатели, дающие ультразвук средней и высокой частот.

РАДИАЦИОННОЕ ДАВЛЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА

Продольная звуковая волна представляет собой периодически чередующиеся области сжатий и разрежений, которые распространяются в среде с постоянной скоростью. Следовательно, в каждой точке звукового поля существует переменное звуковое давление.

Вместе с тем звуковая волна оказывает и постоянное давление на встречающиеся на ее пути препятствия. Это давление" звука называется радиационным.

Радиационное давление свойственно всем волнам вообще, независимо от их природы: и волны на по-, верхностй жидкости, и звук, и свет «давят» на препятствия. Экспериментальное доказательство сущест-i: вования светового давления, полученное русским ; физиком П. Н. Лебедевым, явилось выдающимся .вкладом в науку и принесло славу блестящего экспериментатора нашему соотечественнику. Его ученик А. Б. Альтберг, будучи еще студентом, построил первый звуковой радиометр и доказал существование радиационного давления звука. Чтобы почувствовать, насколько непросты были его опыты, проведенные в начале этого столетия, достаточно вдуматься в их условия. Молодой ученый экспериментировал со звуковыми волнами в воздухе длиной порядка 10 см, излучателем которых служила стеклянная трубка, возбуждаемая трением. Громкость звука, обеспечивающего снятие надежных показаний радиометра, была настолько велика, что исследователь мог проводить эксперимент, только закрыв слуховые проходы ушей стеклянными шариками. Вы будете ставить аналогичные опыты с ультразвуковыми волнами в воздухе, имеющими не меньшую интенсивность, но не будете



испытывать никаких неприятных ощущений, поскольку эти волны несльщимы.

Теория давления звука, для развития которой особенно много сделали Рзлей, Ланжевен и Бриллюзн, показывает, что радиационное давление в свободной среде на полностью поглощающее звук препятствие «Sn численно равно средней плотности акустической энергии Е вблизи препятствия:

Sn = £, (37)

а давление на полностью отражающее препятствие S0 в два раза больше:

S0 = 2£. (38)

Вспоминая выражение (11) для интенсивности ультразвука, получаем

Sn=I/c и S0 = 2 c. (39)

Модель простейшего радиометра можно построить, положив в ее основу конструкцию крутильных

весов. Изогните медную проволоку диаметром 0,8- 1 мм, как показано на рис. 65, и, натянув между ее концами тонкую медную проволочку диаметром около 0,05 мм, припаяйте ее концы. К середине этой проволочки припаяйте маленький латунный диск, а к нему пластилином или расплавленным воском прикрепите коромысло из проволоки диаметром 0,15- 0,2 мм. На одном конце коромысла пластилинам закрепите крылышко из кальки или тонкого листовка слюды (его можно изготовить, расщепив с помощью лезвия более толстый листок). Передвигая по драугому плечу коромысла небольшой грузик из пгооволочки, уравновесьте крутильные весы.

Поставьте под крылышко магнитострикционный излучатель, вибратор которого имеет длину около ПО


Рис. 65. Конструкция ультра-звукового радиометра.

1-изогнутая толстая медна пп0. волока, 2-натянутая меяцу ее концами тонкая медная „ить 3-коромысло, 4-грузик пла1 стилина или проволоки, 5стои ка, 6-крылышко из ка.льки 7-ферритовый вибратор Низкочастотного излучателя .



100 мм. Торец вибратора должен отстоять от радиометра на расстояние не более 3-5 мм. Как только вы включите ультразвук, коромысло с крылышком сразу отклонится от вибратора.

Этим опытом вы доказали существование радиационного давления ультразвука. Однако, более внимательно анализируя условия опыта, вы заметите, что отклонение крылышка радиометра может обусловливаться и действием ультразвукового ветра. Чтобы исключить влияние последнего, введите между вибратором излучателя и радиометром тонкую мембрану, препятствующую прохождению потоков воздуха. Такой мембраной может послужить листок папиросной бумаги. Ясно, что поток воздуха - ультразвуковой ветер - через бумагу не пройдет, а на интенсивность доходящей до радиометра ультразвуковой волны столь тонкое препятствие практически не повлияет. Поэтому, если радиометр показывает наличие радиационного давления, а не ультразвукового ветра, его крылышко после введения бумажной мембраны должно опасть лишь незначительно, что и подтвердит ваш эксперимент.

Все было бы очень хорошо, если бы акустический ветер образовывался только возле излучателя. Однако он возникает по всему объему среды, где существует ультразвуковая волна. Таким образом, поместив над вибратором тонкую мембрану, вы ослабили влияние ультразвукового ветра, но не исключили его совсем.

Чтобы все же убедиться, что ваш прибор реагирует на радиационное давление, а не на что-либо иное, поступите следующим образом. Настроив генератор в резонанс с вибратором, добейтесь отклонения крылышка радиометра и выключите генератор. После того как коромысло радиометра займет исходное положение, включите ультразвук. Крылышко немедленно отклонится. Следовательно, прибор реагирует на радиационное давление - ведь на образование акустического ветра необходимо заметное время, в течение которого придет в движение воздух.

Радиационное давление можно обнаружить и в жидкости. В боковой стенке кюветы из оргстекла проделайте отверстие и пластилином закрепите в



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



0.0049