超声波悬浮

引言


超声波悬浮按照其机理可以分为两种:近场悬浮和驻波悬浮。近场悬浮的距离很小,但是能悬浮起很大质量的物体(可达几十千克)。驻波悬浮主要是利用声波的叠加形成驻波,进而悬浮起物体,其与进场悬浮相比,能悬浮起一系列等高的物体,但是物体的质量要很小。本实验通过演示驻波悬浮,激发学生对物理、实验的热情,增强对驻波、声压等的了解。


实验原理


驻波形成的原理

声压
声压是指声波通过媒质时,由振动所产生的压强改变量。声波在空气中传播时,空气的疏密程度会随声波而改变,因此会改变局域的气压。 对声波的动量方程和物态方程进行二级近似,可得声悬浮压力

力是势能的负梯度,可以对声场的势能进行模拟

图中红叉标记的地方为势能最低点,此处可以用来束缚物体。

实验装置


超声波换能器(将市压转化为能与振子匹配的电压)
超声波振子 (压电转换,产生超声波)
升降台 (改变高度,形成稳定的驻波)
反射平板,反射凹面 (反射声波,用来波的叠加)


实验内容


1.检查线路是否搭好,准备实验。
2.由波长与频率的关系计算得出半波长为6.05mm,调节反射板与超声波振子距离约为半波长的整数倍,如12cm。
3.将塑料小球放在振子上,用升降台缓慢调节反射板的高度,当塑料小球从振子上浮起时,即高度适宜。
4.在反射板与振子之间,每隔6.05mm放置一个塑料小球,记录实验现象,并讨论结果。


实验结果


实验悬浮起了不同数量的小泡沫,如图示。




实验分析


实验现象
随着时间的增加,小球抖动幅度加大,系统不能稳定。
随着小球数量的增加,系统趋于非稳状态,小球掉落。

分析:
1.电压不稳
2.振子散热太慢,周围空气被加热,压节点不能稳定存在
3.系统带电,随着时间的增加,小球电荷积累,相互作用导致系统不稳。


附PPT

 
course/demo/projects/2018/ultrasonic_suspension.txt · 最后更改: 2018/06/20 00:30 由 15307110183
 
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