Работа № 1 волны на поверхности жидкости

Цель работы:	а) ознакомиться со свойствами капиллярных волн; б) определить коэффициент поверхностного натяжения воды
Приборы и принадлежности:	а) комплекс ЛКВ-1 «Волновые процессы» б)модуль «Поверхностные волны»

Скорость поверхностных волн

Скорость волн на поверхности жидкости определяется силой тяжести и поверхностным натяжением. Расчеты для слоя жидкости, глубина которого значительно превышает длину волны , дают для скорости поверхностных волн u следующее выражение:

(1).

Роль силы тяжести в формировании поверхностных волн, как видим, тем меньше, чем короче длина волна. Для воды скорость поверхностных волн определяется практически лишь поверхностным натяжением при длинах волн короче 5 мм. В этом случае волны называют капиллярными.

Зная скорость капиллярных волн, можно определить отсюда коэффициент поверхностного натяжения жидкости :

(2).

Описание модуля

Рис. 1

Внешний вид модуля

«Поверхностные волны»

Изучение поверхностных волн производится с помощью модуля «Поверхностные волны», внешний вид которого изображен на Рис. 1. Схема устройства этого модуля изображена на Рис. 2. Модуль содержит продолговатую полость 9 для исследуемой жидкости, ограниченную с одной стороны электродом 8, а с другой стороны - мем­браной 2, отделя­ющей жид­кость от динамика. Жидкость заливается до уровня, отмеченного ватерлинией на боковой стенке полости. Вдоль полости с помощью ходового винта 6 перемещается каретка 5, на которой закреплен щуп 3 - тонкая (0,1 - 0,2 мм) проволока, погруженная в жидкость на 1-2 мм. Координата щупа отсчитывается с помощью риски 4 по шкале на боковой стенке полости (целые миллиметры) и по шкале 7 на барабане ходового винта (десятые доли миллиметра). При подключении динамика к генератору низкой частоты ко­лебания диффузора через мембрану передаются жидкости и возбуждают волны на поверхности жидкости. Электрод 8 образует пологий «берег», не отражающий приходящих к нему волн, поэтому в полости распространяются только волны, бегущие от динамика к электроду.

Волны регистрируются электрическим способом (рис. 3). Электрод 8 подключен к источнику постоянного напряжения, а щуп 3 - к общему проводу через резистор R. Вследствие электропроводности жидкости через щуп течет ток, зависящий от глубины погружения щупа в жидкость. Колебания уровня жидкости приводят к колебаниям тока, регистрируемым по колебаниям напряжения на резисторе R. Перемещая щуп вдоль полости, исследуют поведение фазы этих колебаний и определяют длину волны как расстояние между точками с синфазными колебаниями.

Подключение модуля к внешним цепям производится через два разъема X1 и Х2 типа СГ-5 (поз.10 на рис. 1). Включение разъемов тождественно, поэтому они не маркированы. Сигнал на динамик подается через один из разъемов с гнезда «ВЫХ» генератора низкой частоты (П01). Через этот же разъем подается напряжение «‑ 9В» питания электрода. Через второй разъем с помощью специального кабеля К05 (см. ниже рис. 4) сигнал генератора и сигнал от щупа подаются на два входа осциллографа.

Рис. 3. Схема регистрации колебаний

Один из сигналов подается на вход «X», второй - на вход «Y». Разность фаз определяют по виду фигуры Лиссажу на экране осциллографа.

Рис. 4 Комплект кабелей

На Рис. 5 изображена схема соединения приборов. Шифры используемых приборов, модулей и кабелей обозначены так же как в перечне состава изделия.

Рис. 5 Схема соединений