Диффракция звуковых волн ультразвуковых волнах

Бергман 1242] и позднее Рау [16881 экспериментально доказали возможность многократной диффракции света на ультразвуковых волнах в жидкости. На фиг. 214,а дана диффракционная картина, относящаяся к случаю прохождения монохроматического света через ультразвуковую волну с частотой Д =1465 кгц в ксилоле. Интенсивность ультразвуковых колебаний была выбрана таким образом, чтобы на спектре были видны линии второго порядка. На фиг. 214,6 дана аналогичная картина, полученная для звукового столба такого же поперечного сечения и частоты /з =9760 кгц. Если теперь в том же [c.175]

В своих двух дальнейших работах [1661, 1662] Раман и Нат развили и обобщили теорию диффракции света на ультразвуковых волнах. Решение волнового уравнения для случая распространения света в среде с коэффициентом преломления, изменяющимся во времени и пространстве, и представление световой волны с гофрированным фронтом, выходящей из звукового поля, в виде бесконечного количества плоских волн с различными направлениями распространения, дает возможность получить при помощи разложения Фурье правильные значения углов диффракции и приведенных выше в этом пункте частот Допплера как для стоячей, так и для бегущей волн. Из этой теории следует, по- мимо существования фазовой решетки, также наличие амплитудной решетки, не вытекающее из первой приближенной теории отсюда неизбежна асимметрия в распределении интенсивности диффракционных спектров справа и слева от главного максимума, возникающая при косом падении лучей света. Нат [1399, 14001 решил при помощи разложения в ряд дифференциальное уравнение для случая, когда периодическое изменение коэ ициента преломления представлено простой синусоидальной функцией. [c.189]

Отметим еще одно обстоятельство. Выше уже говорилось о попытках Бриллюэна [3681 объяснить явление диффракции света на ультразвуковых волнах селективным отражением под углом Брэгга от фронтов звуковых волн то же пытались сделать Дебай и Сирс в своих первых работах. Хотя это ведет к получению правильных значений углов диффракции, однако большая интенсивность спектров высшего порядка не может быть в этом случае объяснена. Дело в том, что при медленных изменениях коэффициента преломления на расстоянии, равном длине световой [c.189]

Явления диффракции света на ультразвуков вых волнах могут быть объяснены следующим образом. Бегущая ультразвуковая волна в жидкости представляет собой следующие друг за другом на определенном расстоянии сжатия и разрежения среды. Расстояние между двумя сжатиями определяет длину звуковой волны в жидкости. Таким образом, мы имеем дело со средой, плотность которой, а следовательно, и коэффициент преломления меняются периодически в направлении распространения звуковой [c.169]

Крайне важно, что метод косвенного наблюдения ультразвуковых волн при помощи диффракции света может быть применен как к бегущим, так и к стоячим волнам. В первом случае мы имеем дело с ультразвуковой решеткой, движущейся со скоростью звука перпендикулярно к направлению распространения света. В этом случае будет иметь место эффект Допплера для света. Если луч света частоты v , падающий перпендикулярно на звуковую волну, отклоняется при этом на угол то первоначальная скорость света С изменяется на величину где с—скорость звуковой волны. Частота света к-го диффракционного порядка определяется вследствие эффекта Допплера следующим выражением [c.171]

Фиг. 215. Многократная диффракция света на двух ультразвуковых волнах (по Бергману). а—диффракция на звуковой волне с частотой Ь = 9760 кгц, б—диффракция на звуковой волне с частотой /2=7210 кгц, в—диффракция на двух звуковых волнах с частотами fl и /г-

Выше рассматривались способы обнаружения звуковых волн при помощи оптических эффектов, основанных на диффракции или преломлении света на ультразвуковых волнах. Укажем еще несколько способов, при которых звуковые волны служат для получения изображения источника звука или каких-либо других предметов. [c.203]

Для получения правильных и, главное, повторяющихся данных о дефектах в образце, просвечиваемом ультразвуковыми волнами, необходимо выполнение трех условий- Во-первых, чтобы избежать диффракции, длина звуковой волны в образце должна быть меньше, чем размеры наименьшего, подлежащего обнаружению дефекта. Во-вторых, нужно иметь возможность [c.434]

Согласно Бэру [153], явления диффракции Френеля звуковых волн могут быть легко изучены при помощи теневого метода на бегущих плоских звуковых волнах (см. гл. П, 5, п. 2). Наглядным примером может служить фиг. 203. В обоих случаях звуковые волны идут слева и полностью просветляют темное до этого поле зрения. На фиг. 203,а волна (/=6540 кгц, 1= 0,2 мм) встречает на своем пути жестяной экран А, опущенный сверху в ультразвуковое поле. [c.167]

Прекрасные фотографии диффракции света на ультразвуковых волнах в воздухе при частоте 585 кгц получил Голлмик [722]. Он применил сильный источник света (ртутную лампу высокого давления HgB мощностью 500 вт) и, закрыв экраном центральное изображение щели, наблюдал спектры до 15-го порядка. Одна из его фотографий показана на фиг. 220 на оригинале заметны спектры еще более высоких порядков. Для измерения интенсивности линий спектра с правой стороны от главного максимума помещен ослабляющий клин. Глубина звукового поля, пересекаемого светом, составляла б см. [c.178]

Висс [2182, 2183] разработал также систему ультразвукового интерферометра с оптической регистрацией резонансных точек. При проектировании изображения освещенной щели сквозь звуковой пучок между кварцевым источником и отражателем на экран наблюдается описанная в гл. III, 4, п. 2 диффракция света на ультразвуковых волнах. Число и интенсивность диффракционных спектров зависит от силы звука интенсивность достигает максимума при образовании стоячих волн, когда между кварцем и отражателем укладывается целое число полуволн. Таким образом, изменение положения отражателя приводит к периодическому изменению диффракционной картины, позволяющему осуществить запись (например, на непрерывно движущейся фотопленке), удобную для последующей обработки. Точность измерений на такой установке составляет, согласно Биссу, 0,2 /oq. [c.222]

На фиг. 203,6 изображена звуковая волна, встре ающая на своем пути металлический цилиндр Z диаметром 5 мм. Благодаря интерференции диффрагировавших волн в области звуковой тени получаются гиперболы, соответствующие местам максимальной и минимальной интенсивности гиперболы особенно хорошо заметны на некотором расстоянии от цилиндра, Хаббард, Цартман и Ларкин [941] подобным же образом исследовали диффракцию ультразвуковых волн в непосредственной близости от края экрана, ш,ели и узкого экрана (аналогичные фотографии диффракции на ультразвуковых волнах были опубликованы Барнсом и Бэртоном [2386]). [c.168]

Экспериментальное исследование явлений диффракции при косом падении света на звуковую волну выполнил с большой точностью Номото [1427, 3661а]. Он использовал ультразвуковые волны с частотой 1— 0 мггц. Образцы полученных им фотографий приведены на фиг. 223. Отчетливо видно, что для определенных значений углов падения диффракция становится минимальной. Измеренные величины этих углов хорошо совпадают с теоретически рассчитанными численными значениями, стоящими в скобках около фотографий фиг. 223. Тот факт, что диффракционные явления не исчезают полностью при указанных значениях углов падения, объясняется несовершенством экспериментальной установки Номото, которое ему впоследствии удалось устранить. На фиг. 224 графически представлена зависимость числа п положительных и отрицательных диффракционных максимумов и их суммы от угла падения 9 света на звуковую волну для следующих значений параметров [c.182]

Селективное отражение имеет место также при диффракции на ультразвуке в воздухе это подтверждает приведенная на фиг. 219 фотография, полученная Корффом. Длина звуковой волны была равна 8-10 см, так что градиент коэффициента преломления был особенно велик. Теория такого отражения на ультразвуковых волнах также разрабатывалась Экстерманом и Вейг-лом [583]. [c.190]

Укажем еще на одно интересное оптическое явление. Впервые его наблюдал Бусс [3941 при попытке определить разность давлений в ультразвуковой волне в жидкости, пользуясь интерферометром Дамена или Маха. Уже при малых интенсивностях звука наблюдался сдвиг интерференционных полос на величину, равную половине полосы, однако с увеличением силы звука этот сдвиг не возрастал, а только менялась видимость картины. Это непонятное явление было подробно изучено Бэром [159], который применил улучшенную аппаратуру. Он затемнил все световые лучи, которые испытывали диффракцию на звуковой волне и изменили при этом свою частоту и, следовательно, не могут уже участвовать в интерференции. Тогда упомянутое явление может быть объяснено на основании теории Рамана—Ната о фазовой модуляции света звуковой волной. Два световых пучка, интерферирующие в приборе Жамена, имеют амплитуды, равные 1 и / (а) где Уо—функция Бесселя нулевого порядка а—величина, определяемая формулой (149) Действительно, было экспериментально уста новлено, что для значения а =2,4 интерферен ционные полосы исчезают, а для значения л =3,8 они имеют наилучшую видимость. [c.192]

ЧИНЫ показателя преломления может быть определено значение скорости звука в одной жидкости по отношению к другой. На этой же установке можно наблюдать диффракцию звуковой волны на помещенной в жидкости проволочной решетке и измерить углы диффракции. Это также было проделано Бэром и Мейером [161]. При известной постоянной проволочной решетки это дает еще один метод измерения длины звуковой волны и, следовательно, скорости звука в жидкости. Бец-Бардили [2531 получил ряд прекрасных фотографий при помощи указанного метода Бэра и Мейера, который содействовал развитию всей ультразвуковой оптики. Гидеман и Асбах применили этот метод для определения областей максимальной звукопроводности клинообразной пластинки [863] и для исследования распределения амплитуд в звуковом поле колеблющегося кварца [865]. Фотография, относящаяся к последнему случаю, приведена на фиг. 239. [c.193]

Позднее Номото описал еще один метод, позволяющий сделать видимыми стоячие ультразвуковые волны. Его отличие от метода Бахэма, Гидемана и Асбаха состоит в том, что в оптической установке отсутствует объектив 0 (см. фиг. 240) параллельный пучок света, проходящий через звуковую волну, образует на экране 5 систему светлых и темных полос, расстояние между которыми не меняется с удалением экрана от кюветы. Особенность этого метода, который также основывается на явлении вторичной интерференции световых пучков, получаемых при диффракции на звуковой волне, заключается в том, что видимость полос меняется по мере изменения расстояния О до экрана. Имеются области, где полосы выражены особенно отчетливо, и места, где они почти полностью исчезают. [c.195]

Теорию диффракции света на пространственной решетке ультразвуковых волн разработали Фюс и Лудлоф [674]. Мы познакомимся с ней подробнее в гл. V. Здесь укажем только, что, согласно теории диффракции света на ультразвуковой пространственной решетке в жидкости, диффракционная картина первого порядка изображается в виде простой окружности. Примером может служить яркая окружность на фиг. 250, б. Соотношение с=ЛЛ//л связывает радиус этой окружности г с величиной скорости звука с в жидкости, звуковой частотой Д длиной световой волны Л и расстоянием А от плоскости изображения до центра кюветы. Это соотношение переходит в приведенную выше формулу (146) для диффракции света на плоской звуковой волне, если величину г заменить расстоянием первого диффракционного максимума от центрального максимума. Остальные окружности на фиг. 250, б являются диффракционными спектрами высших порядков. Здесь отчетливо выступает явление многократной диффракции. Каждая точка яркой внутренней окружности вследствие диффракции на пространственной решетке становится центром новой окружности. Огибающую этих вторичных окружностей—окружность с радиусом 2г— можно рассматривать как диффракционный спектр второго порядка по отношению к центральной точке. [c.203]

Каррелли, Бранка и Поррека [2618, 4639, 4640] установили, что при диффракции света в коллоидном растворе крахмала в воде (концентрация - 0,1 г л) в стоячей ультразвуковой волне диффракционные полосы четных порядков остаются видимыми в течение нескольких секунд после выключения ультразвука, в то время как диффракционные полосы нечетных порядков мгновенно исчезают. Длительность сохранения диффракционной картины после выключения ультразвука повышается при увеличении интенсивности и продолжительности действия ультразвука. Аналогичное явление наблюдалось также в коллоидных растворах крахмала в спирте, белка в воде, поливинилового спирта в ами ловом спирте, сульфата бария и каломели в воде. В бегущих ультразвуковых волнах это явление не наблюдается. Его можно объяснить следующим образом. На стоячей звуковой волне свет диффрагирует как на диффракционной решетке, постоянная которой равна длине звуковой [c.499]

Искажение фронта волны может вызываться также обычной диффракцией ультразвуковых волн, вызванной тем, что длина волны ультразвука сравнима с размерами излучающей пластинки. Влияние последнего обстоятельства можно уменьшить, применяя пластинки большого размера. Можно указать, что для того чтобы иметь право пренебречь искажением поля, возникающим в результате обычной диффракции, надо применять пластинки диаметром, по крайней мере в 50 раз большим длины ультразвуковой волны в жидкости, в которую погружена пластинка. Однако полностью избежать ис-клжения звукового поля не удаётся и в этом случае. [c.26]

Для получения неискаженной модуляции нужно обращать особое внимание на получение действительно стоячей волны, что достигается точной установкой отражателя. Диффракция света имеет место и при наличии бегущей волны, однако пульсация света с частотой 2/ в этом случае отсутствует (см. гл. III, 4, п. 2). Образование стоячей волны зависит далее от однородности излучаемого кварцем звукового поля. Эту однородность можно контролировать теневым методом и, Как показал Мэркс, ее можно корректировать в широких пределах установкой отражателя и напряжением на кварце. Целесообразно возбуждать кварц на частоте, несколько меньшей его собственной частоты. При желании изменять частоту стробоскопиро-вания 2/ путем изменения настройки излучателя возникает необходимость перемещения отражателя, обеспечивающего получение стоячей волны. Поэтому такую перестройку нельзя осуществить очень быстро. Это, однако, оказывается возможным, если, согласно Джакомини [703, 704], применять для диффакции света не стоячую звуковую волну, а две бегущие волны, распространяющиеся в противоположных направлениях и последовательно пронизываемые световым пучком. Для этой цели можно использовать, например, ультразвуковую ячейку, изображенную на фиг. 290. [c.407]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...