ВВЕДЕНИЕ. Цель работы: измерение скорости распространения ультразвуковых волн

ИЗМЕРЕНИЕ СКОРОСТИ УЛЬТРАЗВУКА В ЖИДКОСТИ

__________________________________________________________________________________

Цель работы: измерение скорости распространения ультразвуковых волн

в воде.

ВВЕДЕНИЕ

Волнами называют возмущения, распространяющиеся в среде (или в вакууме) и несущие с собой энергию. Характерное свойство волн - перенос энергии без переноса вещества. Скорость волны V, длина ее волны l и частота колебаний n связаны соотношением:

V = l×n , (1)

Наряду с частотой при описании колебательных и волновых процессов используется “круговая” или “циклическая” частота w , равная: w = 2pn.

Ультразвук - это механические волны, подобные звуковым, с частотой

n > 20 кГц. Условием распространения ультразвука является наличие упругой среды. Звуковые и ультразвуковые волны в жидкостях и газах могут быть только продольными, так как эти среды обладают упругостью только по отношению к деформациям сжатия и растяжения ( но не сдвига). Ультразвуковые волны, как и световые, могут быть получены в виде строго направления пучков.

При отражении от преграды наложение падающего и отраженного пучков ультразвуковых волн может принести к явлению “стоячей волны”. Это явление характеризуется неизменностью положения встречных пучков, синфазностью колебаний во всех точках по обе стороны одного узла (на расстояниях до ближайших соседних узлов).

Уравнение стоячей волны имеет вид:

. (2)

Уравнение получено сложением уравнений двух встречных плоских волн при условии равенства их круговых частот и амплитуд А, равенства их начальных фаз на отражающей границе (для отражения от границы с более плотной средой последнее условие сводится к совмещению с отражающей поверхностью крайних узлов прямого и отраженного пучков ультразвука). В уравнении (2) x - продольная координата, t - время.

Выражение в (2) в круглых скобках дает распределение значений амплитуд стоячей волны вдоль x. Узлам соответствует точки с нулевыми амплитудами. Их координаты:

(n = 0, 1, 2, ...). (3)

Таким образом, расстояние между соседними узлами (так же как и между пучностями) равно . Поэтому, при плавном измерении расстояния между источником ультразвука и отражающей поверхностью, образование стоячей волны будет происходить периодически - с интервалами, равными половине длины ультразвука. Эта закономерность совместно с сооношением (1) положена в основу измерения скорости ультразвука в данной работе. Источником ультразвука при этом является пьезоизлучатель; под воздействием высокочастотного электрического поля он совершает вынужденные колебания на собственной частоте. Возникновение стоячих волн в столбе жидкости, примыкающей к пьезоизлучателю, сопровождается спадом выходного напряжения ультразвукового генератора, питающего пьезоизлучатель. Это явление используется для индикации моментов возникновения стоячей волны.

Дата добавления: 2015-06-30; просмотров: 154; Нарушение авторских прав

Мы поможем в написании ваших работ!