Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
теории?
Видите, все не так просто. Опыты можно разнообразить бесконечно, и
результаты каждого из них достойны изучения.
Попробуйте заменить порошок в трубке Кундта жидкостью, например водой.
Для этого вам придется закрыть один конец трубки герметически: введите в
трубку отражатель, обмотайте его и конец трубки высоковольтной изолентой
и закрутите вокруг места соединения проволоку. Теперь, чтобы получить
стоячую волну, нужно передвигать трубку вместе с закрепленным в ней
отражателем относительно вибратора магнитострикционного излучателя,
92
Включив ультразвуковой генератор и настроив его в резонанс с вибратором,
получите в трубке стоячую волну. Вы обнаружите, что налитый в трубку слой
воды примет вид "застывшей" волны.
Рис. 53. К определению длины ультразвуковой волны в трубке Кундта с
помощью жидкости.
Схема установки (а) и ее внешний вид (б), /-линейный источник света, 2-
трубка Кундта с тонким слоем воды, 3-отражатель, 4-вибратор излучателя,
5-белый экран, на котором получаются изображения источника.
Результат опыта объясняется тем, что вода периодически выжимается из
пучностей давлений стоячей волны, возникающей в трубке Кундта, и
поднимается в узлах давлений. Пучности давлений совпадают с узлами
смещений стоячей волны. Поэтому, если вы будете внимательны, то увидите,
что уровень воды в
93
трубке ниже в тех местах, где в предшествующих опытах собирались кучки
порошка.
Места, в которых жидкость вспучивается, могут действовать подобно
собирающим линзам. Если над трубкой Кундта расположить лампу, прямая нить
которой перпендикулярна к трубке, то вспучивания жидкости могут дать
изображения нити лампы на помещенном под трубкой экране. Полученные
изображения очень резки и позволяют с большой точностью измерить
расстояние между пучностями стоячей волны в газе, заполняющем трубку.
Схема и общий вид установки для определения описанным способом длины
звуковой волны в воздухе изображены на рис. 53. На двух штативах
закрепите лампочку карманного фонаря, трубку Кундта с герметически
закрывающим ее отверстие отражателем, магнитострикционный излучатель с
ферритовым вибратором длиной 140-160 мм и белый экран. Лампочка должна
располагаться на расстоянии около 0,5 м от трубки, а ее нить должна быть
перпендикулярна к трубке. Белый экран представляет собой фанерное
основание, на котором кнопками закреплена полоска бумаги. Экран должен
быть расположен так, чтобы можно было изменять в пределах 5-20 см
расстояние между ним и трубкой Кундта. Для работы можно изготовить и
более удобный прибор, общий вид которого изображен на рис. 54.
Нетрудно видеть (см. рис. 53), что, измерив расстояние а от источника
света до слоя жидкости, рас-расстояние Ъ от слоя до экрана и расстояние
Хь между I-м и (б-j- 1)-м изображениями источника, по формуле
ь-ггз-т- * = <36>
можно найти длину волны звука.
Чтобы получить на экране изображения источника, созданные вспучиваниями
жидкости в трубке Кундта, нужно подобрать оптимальное расстояние между
экраном и трубкой. Свет, отраженный от стенок трубки, при этом, как
правило, не мешает ни наблюдениям, ни измерениям. Положение изображений
на экранё можно отметить остро отточенным карандашом или
94
иглой. Затем экран можно снять и измерить штангенциркулем расстояние
Задание 30. Повторите опыт по образованию пылевых фигур Кундта в трубке,
пользуясь магнито-стрикционным излучателем, подключенным к ламповому
генератору, который питается от источника переменного тока (см. рис. 22).
При этом порошок в
Рис. 54. Прибор для наблюдения стоячей ультразвуковой волны с помощью
жидкости в трубке Кундта.
трубке перераспределится, как показано на рис. 55. Сравните результат
опыта с тем, что получается при
Рис. 55. Пылевые фигуры Кундта при использовании модулированной
ультразвуковой волны.
использовании немодулированной ультразвуковой волны Попробуйте объяснить
явление.
. Задание 31. Сделайте трубку Кундта покороче, длиной всего 5-8 см.
Закрыв герметически один
95
конец трубки отражателем, налейте в нее немного спирта или ацетона и
получите, как описано выше, стоячую волну в воздухе, заполняющем трубку.
Постепенно повышайте интенсивность ультразвука, настраивая более точно
генератор в резонанс с вибратором. Что вы при этом наблюдаете?
СТОЯЧАЯ УЛЬТРАЗВУКОВАЯ ВОЛКА В ЖИДКОСТИ
Метод получения стоячей волны часто используется для измерения скорости
звука в различных жидкостях. Поэтому, несмотря на то, что вы достаточно
подробно изучили стоячую ультразвуковую волну в твердых телах и газах,
вам будет небесполезно познакомиться и со стоячей волной в жидкостях.
Наблюдать непосредственно глазом стоячую волну в жидкостях можно, если
воспользоваться ориентирующим действием ультразвука. В стеклянную трубку
внутренним диаметром 3-6 мм, один конец которой предварительно запаян на
пламени газовой горелки или сухого горючего, налейте суспензию
алюминиевой краски в ацетоне. Трубку запаянным концом поместите в каплю
