Стоячая ультразвуковая волна в жидкости

Магнитострикционный излучатель ультразвука средней частоты с ферритовым вибратором длиной около 20 мм позволяет поставить удивительные по красоте опыты со стоячей ультразвуковой волной в жидкости. [c.104]

Рис. 62. Стоячая ультразвуковая волна в жидкости.

С помощью этого прибора можно превосходно демонстрировать структуру стоячих ультразвуковых волн в жидкости. Опыт [c.200]

Метод получения стоячей волны часто используется для измерения скорости звука в различных жидкостях. Поэтому, несмотря на то, что вы достаточно подробно изз чили стоячую ультразвуковую волну в твердых телах и газах, вам будет небесполезно познакомиться и со стоячей волной в жидкостях. [c.96]

Внимательно рассмотрите стоячую ультразвуковую волну в трубке. Вы замечаете, что крахмал собирается в плотную область (как говорят, коагулирует) непосредственно у поверхности жидкости в трубке. Поскольку поверхность жидкости свободна, в ее плоскости образуется пучность смещений стоячей волны. Таким образом, опыт показывает, что крахмал коагулирует в пучностях смещений или узлах давлений стоячей ультразвуковой волны. [c.105]

Рнс. 54. Прибор для наблюдения стоячей ультразвуковой волны с помощью жидкости в трубке Кундта. [c.95]

При объяснении описанного выше явления разумно предположить, что изменение высоты столба жидкости приводит к систематическому возникновению и исчезновению стоячей ультразвуковой волны, подобно тому, как это имело место при перемещении отражателя в трубке Кундта. Совершенно очевидно, что интенсивность колебаний вибратора излучателя зависит от того, есть ли стоячая волна в трубке или ее нет. Если бы такой зависимости не существовало, то было бы трудно объяснить связь высоты столба жидкости с громкостью кавитационного шума. Таким образом, [c.100]

Для получения дифракционной картины достаточно большой яркости нужно установить излучатель так, чтобы его вибратор был параллелен противоположной стенке кюветы. При этом в жидкости образуется стоячая ультразвуковая волна и амплитуда давлений в ней в два раза больше, чем в бегущей волне. Поэтому изменения показателя преломления выражены [c.143]

Автор излагает вопрос недостаточно ясно. В результате прохождения световых волн через ультразвуковой пучок в жидкости по другую его сторону образуется ряд светлых и темных полос, подобных тем, которые получились бы от оптической диффракционной решетки, бегущей со скоростью звука. Такая решетка даст ряд спектров различных порядков, отклоненных от центрального пучка в ту сторону, куда бежит звуковая волна. Если ультразвуковая волна отражается в обратном направлении от плоского экрана, то образуется стоячая волна. Две волны, образующие стоячую, дают два спектра, симметрично расположенных по обе стороны от центрального пучка. Прим. ред.) [c.49]

Такой способ уменьшения отражений применяют в целом ряде случаев (например, в сосуде с жидкостью). В качестве поглощающих материалов применяют шерсть, желатин и другие подобные вещества. Для этих целей можно также использовать вещества, рассеивающие ультразвуковые волны, В этом случае направленная волна распадается на много частичных волн разных направлений, и поэтому отчетливые стоячие волны не возникают. Если в среде имеется много небольших и нерегулярно распо- [c.113]

Для измерения скорости и поглощения ультразвука в твёрдых телах использование интерферометра с бегущей волной встречает большие трудности мы не можем перемещать в твёрдом теле ультразвуковой приёмник, что легко осуществимо в газах и в жидкостях. Кроме того, так как в куске металла благодаря его конечным размерам и малому затуханию ультразвуковых волн всегда будут образовываться стоячие волны, подчас невозможно провести измерение скорости интерференционным методом и при фиксированном расстоянии между излучателем и приёмником ультразвука (изменяя частоту). [c.385]

Для измерения скорости и поглощения ультразвука в жидкостях используют ультразвуковой интерферометр со стоячими волнами, так называемый интерферометр Пирса (см. стр. 191). [c.270]

Методы измерения коэффициента поглощения. Прежде чем говорить о поглощении интенсивных ультразвуковых волн дальше, остановимся кратко на том, каковы особенности измерения этого поглощения в жидкости по сравнению с измерениями поглощения ультразвука малых интенсивностей. Для того чтобы измерить коэффициент поглощения ультразвуковых волн малой амплитуды, в принципе следует в плоской ультразвуковой волне измерить интенсивность ультразвука в двух точках ультразвукового пучка, или сравнить значения амплитуд давления в этих точках. Для этой цели можно использовать приемную кварцевую пластинку той же частоты, что и излучающая это, как мы говорили выше, и делают с применением импульсного метода или метода интерферометра со стоячими волнами (см. стр. 269). Однако в случае ультразвуковых волн большой интенсивности для измерения коэффициента поглощения так поступать нельзя. Действительно, так как волна искажена, то требуется иметь такое приемное устройство (если применять кварцевую пластинку в качестве приемника), которое было бы достаточно широкополосным, т. е. чтобы все гармонические составляющие, присутствующие в искаженной волне, были в одинаковой степени хорошо восприняты приемником ). Ранее, когда большое количество экспериментаторов производили мно- [c.389]

Рассмотрим сначала распыление жидкости в ультразвуковом фонтане при напряжении на излучателе, незначительно превышающем пороговое. Напомним, что в таком режиме струя фонтана как бы состоит из бусинок диаметром около 1 мм (/=2 Мгц). Для возникновения кавитации необходимо появление в струе по крайней мере одного зародыша кавитации. За несколько периодов зародыш может превратиться в область кавитации, возбуждающую стоячие капиллярные волны на поверхности струи. [c.378]

Коэффициент отражения звука на границе между твердым веществом и жидкостью значительно меньше единицы. Значит, в опыте от нижнего торца вибратора отражается ультразвуковая волна, имеющая существенно меньшую амплитуду, чем в том случае, когда между - вибратором и столом находилась воздушная прослойка. А так как в вибраторе интерферируют волны разных амплитуд, то в результате получается и стоячая, и бегущая волны, причем, поскольку бегущая волна уносит с собой часть энергии, амплитуда стоячей волны, естественно, уменьшается. Этим и объясняется снижение амплитуды колебаний торца вибратора. [c.39]

При конструировании ультразвуковых стробоскопов можно, конечно, возбуждать стоячую звуковую волну не только в жидкостях, но и в прозрачных твердых телах. [c.408]

Совсем недавно появилась небольшая работа Фоглера и Тиммерхауса [30], в которой авторы пытаются привести новые доказательства правомерности капиллярно-волновой гипотезы в применении к распылению жидкости высокочастотными ультразвуковыми колебаниями. Эти доказательства они видят в идентичности расчетной и найденной экспериментально резонансных кривых распределения амплитуд колебаний в стоячей акустической волне в жидкости. Экспериментальная кривая проведена по точкам, соответствующим минимальным значениям напряжения на излучателе, при которых еще происходит распыление жидкости. [c.341]

Скорость света во много тысяч раз больше, чем скорость звука в жидкости, поэтому за время, в течение которого свет успеет пройти через сосуд, слои сжатия и разрежения практически останутся на месте для света они как бы неподвижны, хотя и движутся на самом деле со скоростью звука. При своем распространении вдоль фронтов ультразвуковых волн световые лучи концентрируются около осей слоев сгущения, где скорость света минимальна эти слои служат для лучей света своеобразными коридорами . На рис. 178 построен ход световых лучей в таком коридоре лучи заворачивают из областей разрежения в области сжатия, и максимальная интенсивность света будет на оси слоя сжатия, минимальная же — на оси слоя разрежения Поэтому, несмотря на прозрачность как сгущений, так и раз режений, жидкость, в которой распространяются ультра звуковые волны, ведет себя подобно дифракционной решет ке слои разрежения играют роль штрихов, а слои сгуще ния — роль просветов. Расстояние между штрихами в обыч ной дифракционной решетке называется постоянной решетки Для бегущих ультразвуковых волн постоянная решетки равна, следовательно, длине ультразвуковой волны. Если в сосуде с жидкостью, образуются стоячие ультразвуковые волны, дифракционная картина мало чем отличается от дифракции на бегущих ультразвуковых волнах. Постоянная этой решетки также равна длине ультразвуковой волны. [c.287]

Интересный пример оптической дифракционной решетки представляет прозрачная жидкость или газ, в которых с помош ью пьезокварца возбуждены бегуш ие или стоячие ультразвуковые волны (гл. VI, 5) здесь периодическая структура образуется вследствие сгуш ений и разрежений, периодически чередуюш ихся в пространстве, и ее периодом является длина ультразвуковой волны эта структура влияет на распространение света вследствие того, что показатель преломления в местах сгущений—больше, а в местах разрежений—меньше, чем в отсутствии ультразвука. Дифракционную решетку для микрорадиоволн можно получить, вырезав в листе металла ряд одинаковых и одинаково отстоящих друг от друга щелей. Каменная лестница является отражательной дифракционной решеткой для звука (ср. гл. XI, 4). [c.359]

Дебай и Сирс [7] и независимо от них Люка и Бикар [8] обнаружили, что система чередующихся сжатий и разрежений,, возникающая при распространении звуковой волны в жидкости, является весьма эффективной дифракционной решеткой для света. В результате этого открытия появился ряд оптических методов измерения скорости и. затухания ультразвуковых волн. Схема одного из таких распространенных методов показана на фиг. 74. Звуковой пучок, излучаемый соответствукшиш преобразователем (чаще всего применяется кварц, колеблющийся по толщине), поглощается на дальнем конце кюветы, чтобы исключить появление стоячих волн. Свет от монохроматического источника проходит через щель, а затем параллельный пучок света, как показано на схеме, пересекает ультразвуковую кювету. Основное изображение щели наряду с дифракционными изображениями более высоких порядков фокусируется на фотопластинке. [c.335]

Часто бывает необходимо возбуждать ультразвуковые колебания в жидкостях поэтому уместно поставить вопрос о том, могут ли описанные выше излучатели—свисток Гальтона и газоструйный излучатель—применяться не в воздухе, а в жидкостях. Для газоструйного излучателя ответ на этот вопрос, к сожалению, отрицателен, ибо невозможно пропускать жидкость со сверхзвуковой скоростью, т, е. со скоростью выше 1500 м/сек. Свисток Гальтона, напротив, может, по крайней мере на низких частотах, работать и в жидкостях, однако к. п. д. его при этом очень мал на более высоких частотах свисток совсем не может работать. Причина заключается в том, что лежащий в основе работы свистка в воздухе принцип возбуждения колебаний в полом объемном резонаторе нельзя без всяких изменений перенести на свисток, работающий в жидкости. Для получения в резонаторе мощной стоячей волны, которая в свою очередь модулировала бы продуваемый через свисток поток, необходимо, чтобы звуковые волны полностью отражались от стенок резонатора. Но коэффициент отражения зависит от отношения волновых сопротивлений среды, заполняющей резонатор, и металла, из которого он изготовлен (см. гл. I, [c.34]

Вернемся еще раз к рассмотрению стоячих волн в жидкости. Бахэм [133] указал на еще одну причину изменения частоты диффрагированного света. (Стоячая вол на. возникает и исчезает один раз за полупериод звукового колебания. Этот процесс представлен графически на фиг. 210 для момента времени t, когда стоячая волна достигает максимальной амплитуды, а также момента где X период колебаний ультразвуковой волны, график дает распределение скоро стей и частиц жидкости (направление их движения показано стрелками), давлений р и показателя преломления п в жидкости в зависимости от расстояния до отражателя. Между двумя указанными моментами (т. е. в течение промежутка времени х/2) наступает такой момент, когда на всем отрезке и—О, р=0 и м= сопз1. Это ука- [c.172]

В обоих упомянутых выше методах (Гидемана с сотрудниками и Номото) для получения изображения ультразвуковых волн применялся строго параллельный пучок света. Однако хорошее изображение стоячих ультразвуковых волн можно получить также очень простым способом без применения оптических устройств, если использовать расходящийся пучок световых лучей (Бергман и Гёлих [243, 2441). На фиг. 245 представлена схема используемой при этом установки. Источником света служит небольшая 4-ваттная лампа с прямой нитью накала (длиной 12 мм). Для затемнения бокового света она помещается в предохранительный кожух с ирисовой диафрагмой на передней стенке. Лампа находится на расстоянии а, равном нескольким сантиметрам, от кюветы Т с жидкостью, в которой возбуждается звуковая волна. Нить накала лампы расположена параллельно фронту звуковой волны. С другой стороны от кюветы на расстоянии Ь помещается экран 5 . При возникновении в кювете стоячей волны на экране появляются светлые и темные полосы. [c.199]

Другой оптический метод, разработанный Бахэмом и Гидеманом для прецизионных измерений скорости звука, позволяет, пользуясь вторичной интерференцией, непосредственно наблюдать ультразвуковую решетку в жидкости и при наличии стоячих звуковых волн непосредственно измерять длину полуволны (ср. гл. III, 4, п. 3). Для этого при неподвижном микроскопе и неподвижной оптической установке (фиг. 285) измерительная кювета с исследуемой жидкостью, в которой возбуждены стоячие волны, перемещается при помощи микрометрического винта на расстояние, соответствующее большому числу полос решетки. При измерении расстояния между 400 полосами, что соответствует длине пути около 60 мм, указываемая Бахэмом [133] точность метода составляет примерно 5 10 . [c.230]

При прохождении ультразвуковой волны через жидкость почти всегда наблюдается появление небольших пузырьков газа. В случае стоячей звуковой волны эти пузырьки под действием звукового давления концентрируются преимущественно в пучностях колебаний, где и остаются. Этим способом можно непосредственно определить узлы давления и измерить длину волны звука. На это уже давно указали Бойль с сотруд- [c.501]

Для определения скорости звука в жидкостях широко применяются различные оптические методы. Чаще всего для этой цели используется явление диффракции света на ультразвуковой решётке. В жидкости, в которой распространяется акустическая волна, возникают чередующиеся уплотнения и разрежения. Благодаря зависимости коэффициента преломления жидкости от её плотности периодическим изменениям плотности жидкости будет соответствовать периодическое изменение коэффициента преломления. Сказанное справедливо как для стоячей, так и для проходящей волны. Таким образом, если получить акустическую волну в жидкости, налитой в прозрачную кювету с плоскопараллельными стенками, то по отношению к световому лучу подобное устройство будет являться квазидиффракциоиной решёткой. Роль постоянной этой решётки играет длина волны ультразвука X. Ультразвуковая решётка является объёмной решёткой слоистого типа. То обстоятельство, что в случае проходящей ультразвуковой волны диффракционная решётка движется, не имеет значения, поскольку скорость звука ничтожно мала по сравнению со скоростью света. Теория диффракции света на ультразвуковой решётке подробно развита в работах Рытова [300, 301,311]. [c.73]

Скорость звука в насыщенных парах вплоть до критической точки измеряли Я. П. Колотов с соавторами [2.16] методом стоячих волн в резонаторе и С. Г. Комаров с соавторами [2.17 методом ультразвукового интерферометра с переменным расстоянием между излучателем и приемником при постоянной частоте сигнала. Расхождение данных этих двух работ носит систематический характер и достигает 4,5%. В [2.17] измерена также скорость звука в кипящем фреоне-11. Результаты определения скорости звука в кипящей жидкости представлены 2.32, 1.37] в виде температурной зависимости, абсолютная погрешность <0,23 м/с. Применен метод резонанса с цилиндрическим излучателем. [c.59]

Измерение скорости и поглощения ультразвука. В предыдущих главах мы познакомились с основными методами точного измерения скорости звука и ультразвука в газах и жидкостях — интерференционным и импульсным. Интерференционный метод, кроме того, подразделялся нами на метод интерферометра с бегущей волной и интерферометра со стоячими волнами. Эти методы давали возмои юсть определить также и поглощение звуковых и ультразвуковых волн. [c.385]

При распылении в фонтане стоячие капиллярные волны возбуждаются на поверхности струи, возникающей в месте выхода пучка ультразвуковых волн, направленного из глубины. Капиллярные волны возникают при наличии кавитации в струе, так как причиной их возбуждения являются периодические гидравлические удары при захлопывании кавитационных пузырьков. Для создания ультразвукового фонтана используются частоты мегагерцевого диапазона. Распыление происходит в верхней части фонтана с образованием тонкого стойкого моно-дисперсного аэрозоля, размер капель которого составляет 2—4 мкм. Производительность распыления для невязких жидкостей типа воды достигает нескольких сотен миллилитров в час. [c.171]

Известно, что при акустической кавитации основная механическая работа совершается ударными волнами, возникающими при захлопывании кавитационных полостей. Образование ударных волн происходит с частотой, равной частоте возбуждающих акустических колебаний. Диспергирование жидкости под действием образующихся таким образом периодических ударных волн может происходить двумя способами прямым и косвенным. В прямом способе сравнительно крупные капли-брызги образуются при встрече ударного фонтана с границей раздела жидкость-газ. Именно этот механизм имел в виду Зольнер, когда предлагал кавитационную гипотезу акустического распыления жидкости. В соответствии с кавитационно-волновой гипотезой, предложенной Богуславским и Экнадиосянцем, образование высокодисперсного аэрозоля, характерного для акустического распыления жидкости, происходит косвенным способом. Периодические гидравлические удары кавитационных пузырьков приводят к параметрическому возбуждению на поверхности жидкости стоячих капиллярных волн конечной амплитуды. Капли аэрозоля образуются из гребней этих волн так, как это описывается капиллярно-волновой гипотезой. С помощью этой гипотезы можно объяснить широкий круг наблюденных закономерностей и явлений, характерных для распыления жидкости в ультразвуковом фонтане. [c.378]

В описанных выше интерферометрах измерение длины волны производилось путем перемещения отражающей пластинки. При таких измерениях требуется строго соблюдать параллельность отражателя излучающей поверхности излучателя (по этому вопросу см. соображения, развитые в гл. IV, 1, п. 2). Кроме того, образующиеся в интерферометре стоячие волны выражены тем резче, чем больше коэффициент отражения на границе среда-отражатель. Согласно данным табл. 1, коэффициент отражения на границе вода—металл равен приблизительно 86—89%, а на границе жидкость—воздух—около 99%. Поэтому Фокс и Хантер [2813, 3090] описали ультразвуковой интерферометр для жидкостей, в котором звуковые волны отражаются от границы жидкость— воздух. Если при помощи трех юстировочных винтов установить горизонтально расположенный излучатель строго по ватерпасу, то поверхность находящегося над излучателем столба жидкости оказывается абсолютно параллельной поверхности излучателя. Меняя высоту столба жидкости, можно изменять расстояние от излучателя до отражающей поверхности при этом, как и в описанных выше конструкциях, периодически меняется сопротивление прибора. Теория такого интерферометра со свободной поверхностью жидкости приведена в работе Хантера и Фокса [3091]. [c.159]

Полосы на фотографиях ультразвуковой решетки, полученных по методу Бахэма, Гидемана и Асбаха, будут особенно яркими в том случае, если объектив 0 (см. фиг. 240) удастся сфокусировать на плоскость, где имеется наибольшее схождение световых лучей. Однако это возможно лишь в том случае, когда линии схождения находятся либо в плоскости выхода света из звуковой волны, либо еще дальше за этой плоскостью, так как непосредственное наблюдение этих линий внутри звукового поля при помощи оптической системы невозможно (см. п. 2 настоящего параграфа). К тому же в стоячих волнах линии схождения непрерывно сдвигаются в направлении распространения света. Последнее связано с тем, что сжатия и разрежения в жидкости при стоячей волне периодически. появляются и исчезают. Если учесть изменение во времени показателя преломления, предполагая, что оно происходит по синусоидальному закону, и пренебреч пространственными изменениями йп в направлении звуковой волны, то приведенное выше выражение (160) для расстояния между первыми линиями схождения и плоскостью вступления света в звуковую волну примет вид [c.195]

При количественных исследованиях химических действий ультразвука было установлено [249, 1156, 1431а], что величина соответствующего эффекта по мере увеличения силы звука проходит через максимум (фиг. 575). Причину этого следует искать в кавитации. Как мы говорили в 7 настоящей главы, при возникновении кавитации часть звуковой энергии рассеивается и поглощается образующимися в жидкости пузырьками и полостями и, следовательно, действие ультразвука на расположенную дальше жидкость уменьшается. Кроме того, с увеличением силы звука растет и ультразвуковой фонтан, что уменьшает интенсивность стоячих волн, которые в значительной мере ответственны за химические действия ультразвука. [c.522]

Энциклопедия по машиностроению XXL

Оборудование, материаловедение, механика и ...