Предисловие................... 4
I. ПОЛУЧЕНИЕ УЛЬТРАЗВУКА............. 7
Величины, характеризующие ультразвуковую волну .... 7 Магнитострикционный эффект и его использование для получения ультразвука............... 10
Магнитострикционный излучатель низкой частоты .... 15
Резонансное возбуждение колебаний вибратора..... 16
Скорость звука в вибраторе ............. 21
Ультразвуковой генератор на транзисторах ....... 23
Подмагничивание вибратора электрическим током .... 33
Ультразвуковая приставка к школьному усилителю ... 34
Несколько опытов с магнитострикционным излучателем . . 36
Ультразвуковой генератор на лампах ......... 43
Магаитострикционный излучатель ультразвука средней частоты ...................... 49
Магнитострикционные излучатели ультразвука высокой частоты ...................... 52
II. НЕКОТОРЫЕ ФИЗИЧЕСКИЕ СВОЙСТВА УЛЬТРАЗВУКА . . 68
Волны на бумаге................. 69
Ориентирующее действие ультразвука......... 76
Силы, действующие на тела в ультразвуковом поле .... 79
Ультразвуковой ветер ............... 81
Фигуры Хладни................. 82
Стоячая ультразвуковая волна в воздухе ........ 88
Стоячая ультразвуковая волна в жидкости ...... 96
Радиационное давление ультразвука ......... 109
Фокусировка ультразвука линзой........... 114
Ультразвуковой «фонтан наоборот» и другие интересные
явления..................... 124
Ультразвуковой капиллярный эффект......... 130
Ультразвуковая кавитация ............. 133
Дифракция света на ультразвуковой волне....... 139
Пояснения к заданиям............... 145
Заключение...................159
ПРЕДИСЛОВИЕ
В конце прошлого века о существовании ультразвука могли разве лишь догадываться наиболее проницательные исследователи. Но уже опыты П.Н.Лебедева (1910 г.), а затем и П. Ланжевена (1918 г.) показали большое научное и практическое значение ультразвука. С тех пор ультраакустика развивается удивительно быстрыми темпами, так что многие явления, бывшие всего 20—30 лет назад предметом специальных исследований ученых, в настоящее время широко используются в самых различных областях науки и техники.
Современный школьник просто не может не знать хотя бы простейших свойств ультразвука. И дело здесь не только в той роли, которую ультразвук играет в науке и технике. Гораздо важнее то, что ультразвуковые колебания и волны позволяют-достаточно"глубоко изучить общие черты всякого колебательного и волнового процесса, а это уже без преувеличений означает в известной степени усвоить дух современной физики.
Ультраакустика интересна еще и тем, что многие эксперименты, которые несколько десятков лет назад ставили ученые, используя сложную научную аппаратуру, в настоящее время можно воспроизвести на простеньких приборах у себя дома или в школьном физическом кабинете. Таким образом, каждый из вас имеет возможность развить в себе элементарные навыки творческой работы физика-экспериментатора. Важность этого не требует особых пояснений. Достаточно отметить, что ни на уроках физики, ни на занятиях разнообразных кружков вы, как пра-
л
вило, систематически не учитесь физическому эксперименту.
В небольшой книге, которую вы держите в своих руках, описаны простые приборы, обеспечивающие получение ультразвука в диапазоне частот от 20 кГц до 15 МГц, экспериментальные установки и опыты с ними. Приборы и установки настолько просты, что любой из тех, кто умеет обращаться с обычными инструментами и материалами, может изготовить их буквально за считанные дни.
Несколько иначе дело обстоит с опытами. Во-первых, описания части опытов даны в расчете на то, что читатель сможет использовать оборудование, имеющееся в школьном физическом кабинете. Этого требует логика изложения материала, и поэтому не будет большой беды, если такие опыты будут поставлены позднее, после изготовления самодельных приборов.
Во-вторых, — и это существеннее — поставить опыт, вообще 'говоря, сложнее, чем изготовить какой-либо прибор. Вначале может показаться, что главное— сделать ультразвуковой генератор. Конечно, без генератора невозможно поставить ни один опыт с ультразвуком. Однако успешное изготовление этого прибора является лишь началом работы. Вы очень скоро почувствуете это, перейдя от простейших опытов к тем, которые немного посложнее.
Чтобы несколько облегчить экспериментальную работу, автор стремился изложить условия опытов как можно точнее. Но каждый из вас будет действовать в конкретных ситуациях, все многообразие которых предусмотреть просто невозможно. Поэтому почти наверное можно утверждать, что с первого раза многие из опытов у вас могут и не получиться.
Возможно, это и к лучшему, так как позволит вам остаться один на один с физическим явлением, почувствовать себя экспериментатором, проводящим настоящее исследование. Смелее экспериментируйте! Учитесь преодолевать все трудности на своем пути, и вы познаете ни с чем не сравнимое чувство общения с самой Природой.
Но смелость не значит бездумность. Вряд ли хорош «экспериментатор», без разбору сливающий в
пробирку разные жидкости, чтобы посмотреть, что из этого получится. Может быть, из этого что-нибудь н выйдет, но получится ли из такого «экспериментатора» исследователь, сказать трудно.
Будет очень хорошо, если вы заведете себе тетрадь, в которую самым тщательным образом станете заносить условия и результаты каждого опыта. Это отучит вас от беспорядочного «экспериментирования». Вы почувствуете, как с каждым новым опытом растет ваше знание предмета. Вы сумеете планировать дальнейший эксперимент, предугадывать его результаты, сопоставлять и анализировать опыты. Вы поймете причины многих ваших ошибок и неудач. Одним словом, вы с лихвой окупите то время, которое потратите на записи.
Экспериментальную работу по ультраакустике лучше всего начать с изготовления низкочастотного магнитострикционного излучателя и одного из электронных генераторов для его возбуждения. Песле этого желательно поставить возможно большее количество опытов с ультразвуком низкой частоты. Когда вы достаточно хорошо освоите низкочастотный диапазон, можно перейти к опытам с ультразвуком средней и высокой частот.
В заключение следует отметить, что внимание автора на возможности магнитострикционных излучателей с ферритовыми вибраторами обратил А. Р. Геннинг. В экспериментальной работе большую помощь оказали бывшие студенты Р.-Э. Е. Шафир, В-Э. Г. Хохловкин, Ф. Ф. Вавилова, Н. В. Назаров, Е. С. Мамаева и ряд других. Многие учителя физики г. Глазова приложили немало усилий, чтобы вместе со школьниками повторить некоторые из описанных ниже приборов и опытов. Всем им, без чьего труда и доброжелательной поддержки было бы невозможно написание книги, автор выражает глубокую благодарность.
Цена: 100руб.
