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

Очевидно, это и есть искомая скорость распространения упругой - звуковой - волны в стержне.

К концу времени At все частицы отрезка стержня длиной / приобретут под действием импульса силы FAt одинаковую скорость и = All At. Это нетрудно представить себе, если вспомнить, что происходит при толчке паровоза о состав: импульс сжатия с большой скоростью бежит вдоль состава (о его скорости можно судить по последовательному лязгу буферов вагонов), и те вагоны, до которых дошел импульс, приобретают небольшую скорость в направлении толчка. Согласно законам динамики импульс силы равен изменению количества движения

FAt = mu, (21)

где т - масса отрезка стержня длиной I. Если сечение стержня и его плотность равны соответственно S и р, то

т = pSl. (22)

По закону Гука деформирующая сила F численно равна силе упругости

F = kS Ll/l, (23)

где k - модуль упругости (Юнга). Подставляя значения т и F из выражений (22) и (23) в формулу (21), получим

kS -у- At = pSlu.

Пользуясь тем, что с = II At ни - All At, из последней формулы для скорости звука имеем

с = i/k/p. (24)

Итак, скорость звука в упругом стержне пропорциональна корню квадратному из модуля упругости, деленного на плотность среды. Раньше эта формула была дана без вывода (см. (8)).

Отсюда следует, что путем измерения скорости звука можно определять упругие характеристики вещества.

Чтобы понять, как это делается, вычислим модуль упругости ферритового стержня. Из опыта вы нашли,



что основная собственная частота ферритового вибратора длиной 140 мм равна 19 кГц. Следовательно, по формуле (18) скорость звука в феррите

Сф = 2lf = 2 • 14 • 19 • 103 = 5,32 • 105 см/с.

Плотность феррита примерно равна 4,7 г/см3. Отсюда модуль упругости для феррита

k = рс2 = 13,3 • 10° дин/см2.

Зная модуль упругости и плотность, можно решить обратную задачу определения скорости звука в стержне. А по известным скорости звука и длине вибратора можно определить частоту ультразвуковой волны. Таким образом, вы располагаете одним мз способов градуировки самодельного ультразвукового генератора по частоте.

Задание 4. Из листа никеля толщиной 0,1-0,2 мм вырежьте полоску шириной около 1 см и длиной 12-17 см. Вырезать полоску следует либо под углом 45°, либо в направлении проката никелевого листа. Полоску изогните вдоль ее длины и вставьте внутрь каркаса обмотки возбуждения магнитострикционного излучателя. Пользуясь школьным звуковым генератором типа ГЗШ-63, определите модуль упругости и скорость распространения звука в никеле (плотность никеля р = 8,8 г/см3).

УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР НА ТРАНЗИСТОРАХ

Школьный звуковой генератор типа ГЗШ-63 можно использовать лишь для постановки самых простых опытов с ультразвуком низкой частоты. Поэтому ниже дано описание простого и надежного транзисторного ультразвукового генератора.

Принципиальная схема генератора изображена на рис. 9. Прибор собран на низкочастотных транзисторах и состоит из двух каскадов: задающего генератора на маломощном транзисторе 71 и усилителя, собранного на транзисторе 72.

Задающий каскад представляет собой автогенератор с индуктивной обратной связью. Частота



генератора определяется параметрами колебательного контура, состоящего из катушки индуктивности L1 (первичной обмотки высокочастотного трансформатора Тр2) и конденсатора С2. Плавная настройка генератора на нужную частоту осуществляется перемещением внутри обмоток трансформатора ферритово-го сердечника (изменением индуктивности контурной


Рис. 9. Принципиальная схема ультразвукового генератора низкой частоты на транзисторах.

Радиодетали: диод di типа Д247, транзистор 74 типа МП41 (МП42), транзистор 72 типа П4 (П210); конденсаторы: CI (500 мкФХЗО В), С2 (0,04 мкФ), СЗ=С5=С6 (0,1 мкФ), С4 (5 мкФХ£0В); резисторы: #1 (5,1 кОм), и2 = и4 (2,7 кОм), r3 (64 Ом). r5 (270 Ом).

катушки). Обмотка L3 трансформатора является катушкой обратной связи, с которой переменное напряжение через ячейку R2, СЗ .подается на базу транзистора 7Л. Для самовозбуждения генератора необходимо, чтобы обратная связь была положительной.

Режим работы транзисторов задается отрицательным автоматическим смещением на их базах, которое осуществляется делителями напряжения R\, R2 и R4,R5. Температурная стабилизация транзистора П осуществляется ячейкой R3, С4.

Напряжение высокой частоты, вырабатываемое автогенератором, посредством кату ики L2 и конденсатора С5 подается на базу транзистора Т2. Нагрузкой этого транзистора служит первичная обмотка выходного трансформатора ТрЗ. Конденсатор Сб предназначен для оптимального согласования магни-



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



0.0076