Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
уравнении волны означает, что фаза волны изменилась на я:
- A sin со (t - х/с) - A sin [со (t - х/с) + я].
40
Таким образом, фаза ультразвуковой волны меняется на л (происходит
"потеря полуволны"), если ультразвук отражается от среды с большим
акустическим сопротивлением. Отражение от среды с меньшим акустическим
сопротивлением не приводит к изменению фазы отраженной волны. Наконец,
как показывают формулы (30), на границе раздела двух сред с одинаковыми
акустическими сопротивлениями вообще не происходит отражения и ультразвук
полностью переходит из одной среды в другую.
Из формул (30) нетрудно получить выражения для коэффициентов отражения и
пропускания при нормальном падении ультразвука на границу раздела сред
Задание 7. По формулам (31) вычислите коэффициенты отражения и
пропускания для границ раздела феррит - вода и феррит - воздух. Сравните
получившиеся значения. Сопоставьте выводы теории с результатом
эксперимента, в котором нижний торец вибратора находится в воде. Не
правда ли, наиболее поразительно в этом опыте то, что изменение условий
колебания одного конца вибратора немедленно влияет на величину амплитуды
колебаний другого его конца!
Вибратор в каркасе обмотки возбуждения излучателя расположите совершенно
свободно и, включив генератор, добейтесь максимальной интенсивности
ультразвука. Спустя небольшое время вибратор будет разорван ультразвуком
на части. Результат опыта свидетельствует о громадных напряжениях,
возникающих в ферритовом стержне под действием ультразвуковых колебаний.
Интересно отметить, что чаще всего вибратор разрывается примерно
посередине на две части, но иногда он сразу разламывается на четыре и
большее число частей. Опыты по разрыву вибраторов лучше производить с
описанным ниже магнитострикционным излучателем без подмагничивания.
Из обломков ферритового стержня постройте излучатели на более высокие
частоты: они вам пригодятся в дальнейших опытах. При изготовлении
41
излучателей экспериментально подберите оптимальное число витков обмотки
возбуждения и величину
Рис. 20. Установка для проведения опыта по заданию 12.
Вместо того чтобы закреплять излучатель в штативе, при выполнении опыта
его можно держать в руке.
подмагничивающего вибратор поля. Эта работа позволит вам достаточно
глубоко прочувствовать конструктивные особенности магнитострикционного
излучателя.
Задание 8. В продаже чаще, чем круглые, встречаются плоские ферритовые
стержни размером
3 X 20 X 100 мм3. Можно ли их использовать в качестве вибраторов
магнитострикционных излучателей?
Если можно, то продумайте конструкцию и изготовьте излучатель с плоским
вибратором. Каковы недостатки такого излучателя?
Задание 9. Можно ли в одном излучателе использовать несколько плоских
ферритовых вибраторов?
Задание 10. Докажите, что в магнитострикционном излучателе описанной
конструкции никелевый вибратор менее выгоден, чем ферритовый.
Задание 11. Изменяйте напряженность поляризующего вибратор магнитного
поля, для чего уменьшайте или увеличивайте число магнитов на каркасе
обмотки возбужде-
-42
Рис. 21. Установка к опыту, предлагаемому в задании 13
ния излучателя. Как зависит интенсивность ультразвука от величины
магнитного поля?
Задание 12. Круглый феррнтовый вибратор с помощью резинового колечка,
расположенного по его середине, закрепите в каркасе обмотки возбуждения
излучателя. Торцом вибратора, наклоненного примерно на 45° к горизонту,
прикоснитесь к стальной линейке, лежащей на стеклянной пластинке или
гладкой поверхности стола (рис. 20). Включите генератор и настройте его в
резонанс с вибратором. Что вы при этом наблюдаете? Попробуйте объяснить
явление.
Задание 13. К стальной оси припаяйте легкий диск из жести или латуни. Ось
с диском укрепите на подставке так, чтобы она могла вращаться с небольшим
трением. Прикоснитесь боковой поверхностью торца вибратора излучателя
(рис. 21) к оси и включите ультразвук. Объясните наблюдаемое явление.
УЛЬТРАЗВУКОВОЙ ГЕНЕРАТОР КА ЛАМПАХ
Ламповые генераторы высокой частоты обладают тем существенным
преимуществом перед транзисторными, что они при более простой
принципиальной схеме обеспечивают получение ультразвука, частота которого
значительно превышает 50 кГц. В принципе и на транзисторах можно собрать
ультразвуковые генераторы высокой частоты. Однако пригодные для этого
транзисторы пока мало распространены и трудно доступны. Поэтому мы и
рекомендуем наряду с транзисторным изготовить простой и достаточно мощный
ламповый генератор.
Ламповый генератор имеет только один недостаток - он требует высокого
анодного напряжения. В этом смысле он гораздо опаснее транзисторного.
Об этой опасности нужно помнить, но ее не следует преувеличивать:
выполнение элементарных требований техники безопасности сведет
возможность поражения электрическим током к минимуму.
Принципиальная схема прибора изображена на рис. 22. Это обычный
двухтактный генератор с емкостной обратной связью, выполненный на двух
