Дифракция света на ультразвуковых волнах в жидкости, страница 2

Определение скорости звука с использованием дифракции света на стоячих ультразвуковых волнах может быть осложнено появлением дифракционных картин не только на собственных частотах пьезоплас-тинки, но и на некоторых близких к ним, что может быть объяснено с учетом явления акустического резонанса во всем узле, где создается ультразвуковой акустический столб (рис.4). Однако как правило, интенсивность колебаний в жидкости, соответствующая одной из собственных гармоник пьеэопластины, превосходит интенсивность колебаний на прочих частотах. Подтоку слабо выраженные дифракционные картины для последующей работы с формулой (3) не промеряются.

ОПИСАНИЕ УСТАНОВКИ Схема установки показана на рис.3

Свет от источника I, пройдя через светофильтр 2 фокусируется линзой 3 на входную горизонтально расположенную щель коллиматора 4. который формирует параллельный пучок света (плоский фронт). Свет проходит через плоскопараллельную кювету с жидкостью 5, объектив 6 и попадает в отсчетный микроскоп 7, сфокусированный на фокальную плоскость объектива 6. Поскольку в настояли работе наблюдается дифракция в параллельных лучах (дифракция Фраунгофера), то расстояние между объективом 6 и кюветой может быть произвольным.

Рассмотрим детальнее устройство для формирования ультразвукового столба в жидкости (рис.4)

Сосуд с жидкостью I, имею'щий стеклянные смотровые окна 2, жестко установлен на особом столике 3. снабжен двумя регулировочными винтами 4. Регулировочные винты дают возможность устанавливать плоскость столика горизонтально и тем самым добиваться, чтобы поверхность жидкости и дно сосуда располагались строго параллельно, т.е. чтобы поверхности равных фаз в волне^бягуцей от дна сосуда,и в волне,отраженной поверхностью жидкости.были параллельны. Под сосуд с жидкостью подводится коаксиальный кабель 5, подающий напряжение на пьеэодлемент 6, который возбуждает ультразвук. &гим пьезоэлементом в нашей работе является пластина цирконата-титаната свинца, толщина пластины 4 мм. Пластина посеребрена с обеих сторон, одной стороной она плотно прижата к тщательно полированное и смазанному маслом дну кюветы с жидкостью. а другой - к свинцовому диску 7, служащпму одним из электродов, подаю'цих напряжение на пьеэопластинку. Вторым электродом служит тонкая кольцевая шайба, охватывающая периферию верхней поверхности пластины.

Вся система пьвзоэлемента требует весьма тчртельной сборки и юстировки, которые могут быть выполнены только специалистами, и студентам что-либо изменять в ней  не рекомендуется.

Высокочастотной напряжение подводится на пьезоэлемент от генератора высокочастотных колебаний с выходным напряжением до 30 Е>. Схема генератора позволяет подавать напряжения разных частот, причем в каждом диапазоне частота меняется плавно и ее значение отсчитывается по шкале генератора. Интенсивные пьезоэлектрические колебания пластинки происходят только на нечетных гармониках ее основного тона v = Vo(2 К + I), когда на поверхностях пластины оказываются электрические заряды разных знаков. При отсутствии в жидкости ультразвуковых колебаний и включенной оптической системе объектив 6 (рис.3) дает в своей фокальной плоскости действительное изображение входной дрли коллиматора. Для увеличения оно рассматривается через окулярный микрометр. Если в жидкости возбуждены интенсивные ультразвуковые волны, в поле зрения микроскопа появляется дифракционная картина в виде системы горизонтально расположенных темных и светлых полос. Расстояния между полосами измеряются окулярным микрометром.

ВЫПОЛНЕНИЕ РАБОТЫ

1. Проверить, чтобы все приборы находились на оптической скамье по схеме рис.3.

Убедиться, что уровень воды в кювете выше верхнего края окон (не виден). При этом смерть столик, снимать кювету нельзя -они тчртельно устанавливаются лаборантом до начала занятий.

2. Вспомнить по описанию устройство и порядок работы с окулярным микрометром.

3. Включить источник света. Попытаться увидеть через окуляр микрометра четкое изображение светячрйся горизонтальной   «цели. Если изображения 'цели сразу не видно, то поме'цая белую бумагу перед тубусом микрометра, находят изображение "цели на бумаге, а затем юстируют оптическую часть схемы (положение относительно оптической оси входного объектива микроскопа, если надо, то наклон коллиматора) так, чтобы изображение •цели, даваемое объективом б, попадало в тубус микрометра на уровне его горизонтального диаметра. Четкое изображение щели получается при существенном дипфрагмиропании объектива коллиматора.

4. Подготовить к работе высокочастотный генератор в соответствии с инструкцией по его эксплуатации.