纵波演示仪

设计需求分析

演示实验室目前所拥有的两种纵波演示仪

1.弹簧式纵波演示仪

特点:

  1. 利用了真正的纵波物理模型进行演示
  2. 实际使用中,由于长软弹簧易损坏、体量小,故而演示效果不佳。

2.手摇式纵横波演示仪

特点:

  1. 通过模拟质点来演示纵波行波,演示效果较好
  2. 由于没有实际的纵波产生,故演示说服力不足

综上,我们得到新设计的纵波演示仪必须满足以下两个要求:

  1. 要产生实际的纵波,以演示这一物理模型;
  2. 演示过程必须适合课堂教学,演示仪的各部件应易于维护

设计方案

PLAN A

结构介绍:1-7部分为信号源与功放电路,8部分为扬声器(即振动源),10-12部分为有机玻璃管制成的振动腔,一端与扬声器振动部分完全贴合,另一端由橡胶活塞填入,可调节振动腔的长度,腔内放入适量泡沫塑料颗粒。

工作流程:启动电源后,信号源发出固定频率的正弦信号,经功放电路输入扬声器,将电子信号转化为纵波振动。扬声器发出的声波在长度可调的有机玻璃振动腔内形成驻波,推动振动腔内的塑料泡沫颗粒依驻波波形排布,从而演示出纵波的存在以及纵驻波的形状。

PLAN B

灵感来源:

Lumigrids夜行自行车LED投影灯:http://projector.zol.com.cn/376/3766561.html

  • LED光源在投影平面上投射出网格,若平面上存在障碍物,则原本标准的正方形网格会出现凹凸。利用这一原理,我们可以使一长条状障碍物以恒定速度通过有光网格的投影平面,运动方向与网格的一条轴垂直,就能模拟出纵波在介质中传递的过程。

实验记录

4月30日

  • 购买的一对5'低音喇叭到货,经测试,其最大功频率90Hz,换算成常温空气中的波长=4m,太长:-\
  • 信号源为实验室的SG1020A DDS数字信号发生器
  • 用一根1m长玻璃管装入泡沫塑料颗粒测试,由于振动部位直径过大,能量损失太多,不利于优化演示效果:基本没有推动的现象

因此我们需要:

  1. 显著增大最大功频率,1000Hz为最佳
  2. 进一步减小扬声器尺寸

5月4日

  • 寻找能够提供发票又有4'高音喇叭的卖家中………
  • 寻找能够提供发票又有4'高音喇叭的卖家中………:-/

5月7日

5月16日

  • 高音喇叭已到魔都,但是仍未到货…….

5月21日

  • 购买的4' 8Ω高音喇叭一对已到货,为了预防实验中的不测,故60W与80W各一个,先用80W的做实验

实测:

  1. 两喇叭的最大功频率均在970Hz左右,换算成波长为37.1cm
  2. 振动部分直径45mm
  • 模拟振动腔改为500ML大量筒——发现振动能量依然不够带动泡沫塑料颗粒。

由此:

  1. 必须在信号源与扬声器间加入功放电路
  2. 必须进一步减小振动腔直径

6月6日

  • 与沈金辉去北京东路电子市场寻扬声器专用功放板,未果
  • 后拜托沈金辉同学网上购买了TPA3116大功率2.1数字功放板

6月11日+6月17日

  • 将振动腔换位外径约40mm的小量筒,信号源改为电脑,利用Labview软件编写信号源发生器【此处Labview工程文件被网站阻止不能上传……】

机体连接图:

大小两种振动腔演示效果的对比测试:

  1. 大量筒:m2u00422.wmv
  2. 小量筒:m2u00421.wmv
  • 故确定订制有机玻璃管规格:Φ45*3,长度0.5m

6月18日

  • 本项目的期末报告PPT:.pptx

6月23日

  • 订制的有机玻璃管终于到货了,期末考结束以后继续工程

未完待续......

留言区

可以把LabVIEW的工程文件压缩之后上传。 — 沈金辉 2014/06/25 12:24
实验条件是什么?记录要详细些,以为后面修改方案提供依据——lvjinglin
请注意:上面的“Plan B”的演示动画严格来说不是正常的纵波,最多只是“纵波孤子”的演示。 — 乐永康 2014/06/25 20:20
 
course/demo/projects/wave.txt · 最后更改: 2014/06/25 20:22 由 xiaole
 
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