Простые опыты с ультразвуком - Майер В.В.
Скачать (прямая ссылка):
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
10Э
испытывать никаких неприятных ощущений, поскольку эти волны неслышимы.
Теория давление звука,для развития которой особенно много сделали Рэлей,
Ланжевен и Бриллюэн, 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 So в два раза больше:
S0 = 2Е. (38)
Вспоминая выражение (11) для интенсивности ультразвука, получаем
Sn^I/c и S0 -21/с. (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 пластилином закрепите крылышко из кальки
или тонкого листовка слюды (его можно изготовить, расщепив с помощью
лезвия более толстый листок). Передвигая по дрьугому плечу коромысла
небольшой грузик из проволочки, уравновесьте крутильные весы.
Поставьте под крылышко магнитострикционный излучатель, вибратор которого
имеет длину около
Рис. 65. Конструкция ультразвукового радиометра.
I-изогнутая толстая медная* проволока, 2-натянутая меж*цу ее концами
тонкая медная нить, 3-коромысло, 4-грузик исз пластилина или проволоки,
5-стойка, 6-крылышко из кальки, 7 -ферритовый вибратор Низкочастотного
излучателя .
110
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
Ш'
нем стеклянную трубку, надетую на вибратор излучателя. Сделать это нужно
для того, чтобы уменьшить потери интенсивности при введении ультразвука в
воду (рис. 66).
Далее изготовьте радиометр. Прежде всего сделайте диск, полностью
отражающий ультразвук в жидкость. Для этого вырежьте из тонкой латуни два
круга диаметром около 30 мм и спаяйте их по краю так, чтобы между ними
осталась воздушная прослойка. Как вам уже хорошо известно, ультразвук
практически полностью отражается на границе раздела жидкость-газ, и
поэтому можно считать, что коэффициент отражения в жидкости от диска;
изготовленного описанным способом, равен единице. Пластилином или воском
укрепите диск на стержне из медной
1 2 3 it 5
X
л
Рис 66. Способ введения ультразвука в жидкость, заполняющую
кювету.
1~ферритовый вибратор, 2-резиновое колечко, расположеннэе-пэсередиие
