Физика \ Физика

Дифракция света на ультразвуковых волнах в жидкости, страница 3

5. При включенной оптической схеме подать напряжение на пьезопластину. Исходную частоту задать по рекомендации преподавателя. Не прекращая тщательных наблюдений через окулярный микрометр за изображением щели коллиматора, очень медленно вращать ручку тонкой регулировки частоты генератора в обе стороны около первоначально установленного значения, пока в поле зрения микроскопа не установится четкая дифракционная картина. Сначала параллельно первоначальному изображению щели коллиматора появляются слабые дифракционные максимумы ^1-го порядка. Затем, по мере приближения частоты генератора к одной из собственных частот пьеэо-пластины, интенсивность этих максимумов увеличивается и, наконец, становятся заметными и менее интенсивные дифракционные максимумы 2-го и даже 3-го порядков.

Упражнение I. Наблюдение дифракции света на ультразвуковых волнах и измерение скорости звука в жидкости дифракционным методом

1. Добиться максимальной яркости и четкости дифракционной картины на частоте, близкой к заданной преподавателем. Измерить окулярным микрометром линейные расстояния d Z (- Г71 ) между симметричными максимумами ^1-го,^2-го, ^3-го порядков. Проделать это с разными светофильтрами. Записать частоту генератора, при которой были выполнены измерения.

2. Повторить все, что изложено в п. 1 на двух других частотах, близких к рекомендованным преподавателем.

Отметим, что поскольку собственные гармоники пьезопластины определяются формулой   \) =  -\' (2 К + I), то смежные частоты, на которых следует вести промеры дифракционных картин, должны отличаться на л V = 2.') о, т.е. в пределах погрешности определения резонансных частот разность между ними должна быть постоянной.

3. Подставляя в формулу (2) -жспериментальные значения

2 ( /т>) « 1 д ]7 ^ гг^ ) , найти длину волны Л   для всех частот, на которых наблюдались дифракционные картины. Использовать , полученные при работе с разными светофильтрами. Затем по формуле (3) вычислить скорость звука в жидкости.

Упражнение 2. Определение скорости звука в пьезопластине

1. Найти основную частоту собственных колебаний пьеэопласти-ны, используя значения разностей Л "у смежных частот, на которых наблюдались дифракционные картины в первом упражнении ^о = ^-"?

2. Учитывая, что длина волны основного тока собственных колебаний пластины  А-о равна ее удвоенной толщине ci , вычислить скорость звука в пьезопластине  V. = 2оУд .

3. Сравнить полученное таким образом значение скорости с оценкой, получаемой по формуле, справедливой для плоской продольной волны в неограниченной среде I/ -=\\И

"   V а    '

В настоящей работе используется пластина из цирконата-титаната свинца: Е = 0,85- 10й Н/м2;   f> = 7 • Ю3 кг/м3. Толщина пластины d = 4 • 10" м;

Контрольные    вопросы

1. В чем суть явления дифракции?

2. Что такое дифракционная решетка? Какие решетки называются амплитудными, какие фазовыми?

3. Объяснить причину дифракции света при его прохождении через среду, в которой возбуждены ультразвуковые волны.

4. Рассмотреть возможность получения стационарной дифракции на бегущей волне, на стоячей.

5. Объяснить принцип возбуждения ультразвуковых волн в жидкости, используемый в настоящей работе.

6. От чего зависит интенсивность акустических волн в жидкости, возбуждаемых пьезопластиной? Почему четкие дифракционные картины наблюдаются не при любых частотах подаваемого на пластину переменного напряжения?

7. Описать наблюдаемые дифракционные картины. Что называется порядком максимума? Что называется шириной полосы? Сколько максимумов следовало бы ожидать в дифракционной картине, если бы ультразвуковой столб в жидкости был аналогичен фазовой синусоидальной решетке? Почему ультразвуковой столб модулирует, строго говоря, не только фазу, но и амплитуду проходящей световой волны?

Литература [I, § 130 ; 2, § 33] .

Выполнение работы:

Упражнение 1

Наблюдение дифракции света на льтрозвуковых волнах и измерение скорости звука в жидкости дифракционным методом.

1)  а)  n=550 кГц

z(m)=1/2Dz(±m)

z(1)=1/2* 12,3*0,00001м=6,15*0,00001м (зелёный)

z(2)=1/2*26,3* 0,00001m=13,35*0,00001m (зелёный)

z(1)=1/2*16*0,00001m=8*0,00001м (красный)

z(2)=1/2*30,7*0,00001m=15,35*0,00001m (красный)

б)   n=1600 кГц

z(1)=1/2*34,7*0,00001m =17,35(зелёный)

z(2)=1/2*67,3*0,00001m = 33,65(зелёный)

z(1)=1/2*37*0,00001m = 18,5(красный)

z(2)=1/2*71,3*0,00001m = 35,65(красный)

2)  L1»1,8*0,001м (зелёный)

L2»1,7*0,001м (зелёный)

L1»1,8*0,001м (красный)

L2»1,88*0,001м (красный)

б)

L1»0,64*0.001м (зелёный)

L2»0,66*0,001м (зелёный)

L1»0,78*0,001м (красный)

L2»0,8*0,001м (красный)

3)  V=L*n

а)V(зел1)=990м/с

V(зел2)=935м/с

< V(зел)>=962,5 м/с

V(кр1)=990м/с

V(кр2)=1034м/с

< V(кр)>=1012 м/с б) V(зел1)=1024 м/с

V(зел2)=1040 м/с

V(кр 1)=1248 м/с

V(кр 2)=1264 м/с

n=550 кГц

Vз =(962,5±82,8) м/c

Vк =(1012±100,2) м/c

n=1600 кГц

Vз =(1040±62,4) м/c

Vк =(1264±73,7) м/c

Упражнение 2

Определить скорость звука в пьезопластине.

DV=1600 кГц

V0=1/2*DV= 800 кГц

Отсюда : Vn=0,35*0,0001 м.с

Скачать файл