Простые опыты
с ультразвуком

DjVu

      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 правило, 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 кГд 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 и 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.
      После 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.
      В. В. Майер
     
      Упругие волны — звук — принято делить на ик-фразвуковые с частотой до 20 Гц, звуковые, частота которых лежит в пределах от 20 Гц до 20 кГц, ультразвуковые с частотой от 20 кГц до 1000 МГц и гипер-звуковые, частота которых превышает 1000 Мгц). Несмотря на то, что слышимый звук и ультразвук — это волны одной природы, для получения ультразвука заметной интенсивности необходимо применять специальные излучатели. Два типа излучателей — пьезоэлектрические и магнитострикционные—пользуются наибольшей популярностью в науке и технике. Поскольку магнитострикционные излучатели значительно более доступны, чем пьезоэлектрические, мы в дальнейшем и рекомендуем изготовление именно этого типа излучателей.
      Прежде чем перейти к описанию простых приборов для получения ультразвука, кратко перечислим основные его характеристики.