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

амплитудной дифракционной решеткой, то устройство, Периодически изменяющее фазу волны, является фазовой дифракционной решеткой. Ультразвуковая волна в кювете с жидкостью тогда, очевидно, может выполнять роль фазовой дифракционной решетки. Период такой решетки будет равен длине волны ультразвука.

Допустив, что ультразвуковая волна в жидкости является фазовой решеткой и действует аналогично амплитудной, можно считать, что положение максимумов интенсивности дифракционной картины на экране определяется формулой, аналогичной формуле (53),

Asinq>ft = ftAc, . k==0, ± 1, ±2, (54)

где Л - длина ультразвуковой волны в жидкости (период фазовой решетки).

Приведенные рассуждения не имеют доказательной силы. Они совершенно беззащитны: можно указать немало убедительных доводов против этих рассуждений. Но они небесполезны потому, что предполагают дальнейшую постановку эксперимента. Опыт покажет, существует дифракция света на ультразвуковой волне или нет. Опыт подтвердит или опровергнет справедливость формулы (54). Опыт уточнит предварительные представления об ожидаемом явлении, которые, безусловно, неполны. Одним словом, только опыт позволит продвинуться дальше.

Эксперимент по обнаружению дифракции световой волны на ультразвуковой можно поставить следующим образом (рис. 89). Перед конденсором проекционного аппарата в том месте, где сходятся световые лучи, расположите щель регулируемой ширины. С помощью объектива получите изображение щели на экране, находящемся на расстоянии 2-4 м от объектива. В этой установке объектив заменяет обе линзы L\ и L2, изображенные на рис. 88. Перед объективом расположите плоскопараллельную кювету из оргстекла, в которой вертикально укреплен магнитострикционный излучатель на частоту 8-12 МГц (см. рис. 38). В кювету налейте чистый керосин, включите генератор и настройте его в резонанс с вибратором излучателя. Вы увидите, как по обе стороны от центрального белого максимума (изображения щели) по-



являются симметрично расположенные слегка окрашенные дифракционные максимумы интенсивности (рис. 90). При хорошей наладке установки можно наблюдать до 5 максимумов по обе стороны от центрального.

Для получения дифракционной картины достаточно большой яркости нужно установить излучатель так, чтобы его вибратор был параллелен противоположной с.енке кюветы. При этом в жидкости образуется стоячая ультразвуковая волна и амплитуда давлений в ней в два раза больше, чем в бегущей волне. Поэтому изменения показателя преломления выражены


Рис. 89. Установка для наблюдения дифракции света на ультразвуковой волне.

1- проекционный аппарат, 2 - раздвижная щель, 3 -объектив, 4 - кювета с жидкостью и магнитострикционным излучателем, 5-столик.

резче и дифракционная картина имеет большую яркость. Периоды же дифракционных решеток, образованных стоячей и бегущей ультразвуковыми волнами, одинаковы, поскольку, как уже отмечалось, свет проходит жидкость в кювете за ничтожно малое время и бегущую волну при этом можно считать неподвижной.

Непосредственно убедиться в справедливости последнего утверждения можно, поставив следующий изящный опыт. Получите стоячую ультразвуковую волну в кювете с водой и отметьте на экране расстояния между дифракционными максимумами. После этого взболтайте в воде очень небольшое количество крахмала. Вы увидите, как яркость дифракционной картины возрастет (если крахмала будет чрезмерно много, она уменьшится из-за поглощения света



суспензией), а расстояние между дифракционными максимумами на экране увеличится вдвое.

Объясняется этот результат тем, что крахмал коагулирует в пучностях смещений стоячей волны, отстоящих друг от друга на половину длины волны ультразвука в жидкости. Следовательно, добавление в воду крахмала уменьшает период дифракционной решетки вдвое и согласно формуле (54) вдвое должно возрасти расстояние между дифракционными максимумами. Увеличение яркости дифракционной картины


Рис. 90. Дифракционная картина.

Экран, н£ котором наблюдаются максимумы интенсивности, на самом деле белый Однако, чтобы фотография получилась достаточно контрастной, при печати ее левую часть пришлось «передержать» (дать большую экспозицию, чем правой части).

обусловлено тем, что добавление крахмала превращает сравнительно «слабую» фазовую (точнее, фазово-амплитудную) решетку в «сильную» амплитудную.

Задание 46. Дифракция света на ультразвуковой волне в научных исследованиях часто используется для измерения скорости звука в жидких и твердых прозрачных средах. Разработайте и изготовьте прибор для измерения скорости звука в жидкостях таким методом.

Задание 47. Пользуясь в качестве вибратора магнитострикционного излучателя слегка клиновидной ферритовой пластинкой, средняя толщина которой лежит в пределах 0,2-0,4 мм, исследуйте зависимость расстояния между максимумами дифракционной картины от частоты 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



0.001