POLITECHNIKA
WROCAWSKA Laboratorium fizyki 1996/97
rok 1 grupa
w.nr 87 Andrzej Wicek sem.2 1
temat: ocena data
Dyfrakcja fali wietlnej na fali ultradwikowej.
Cel wiczenia :
a)zapoznanie z mechanizmem powstawania akustooptycznej siatki dyfrakcyjnej i ugicia fali wietlnej na tej siatce.
b)wyznaczenie predkoci dwiku w cieczach.
Program wiczenia :
1.Wyznaczanie prdkoci dwiku w cieczy.
2.Obserwacja dwuwymiarowego obrazu dyfrakcyjnego.
3.Obserwacja obrazu dyfrakcyjnego w przypadku stojcej fali akustycznej.
Przebieg wiczenia :
1. Wyznaczanie prdkoci dwiku w cieczy.
generator ultradw.
ekran
nadajnik
piezoceramiczny
laser He-Ne
Xm
z
schemat ukadu pomiarowego
Ukad pomiarowy skada si z kuwety z generatorem fal ultradwikowych (pytka piezoceramiczna) .Z lasera He-Ne oraz ekranu ze skal milimetrow do obserwacji obrazu dyfrakcyjnego. Celem dowiadczenia przy pomocy takiego ukadu byo wyznaczenie prdkoci fali akustycznej w wodzie. Kuweta wypeniona bya wod , a z jednej ze cianek emitowana bya fala akustyczna (ultradwikowa) o czstotliwoci f = 9,5 [MHz] i rednicy ok.1 cm. Na ekranie ze skal obserwowany by obraz dyfrakcyjny (patrz rys.a), który uzyskiwalimy dziki ustawieniu lasera, tak aby kierunek propagacji wychodzcego z niego wiata by prostopady do kierunku propagacji fali akustycznej. Oprócz tego ekran mieszczony by w takiej odlegoci aby mona byo dogodnie wykona obserwacje i odpowiednie pomiary. Pomocne w tych warunkach byo zastosowanie dwóch reflektorów.
laser He-Ne
kuweta
z ciecz
ekran
Pomiary :
Prdko fali akustycznej w badanej cieczy (wody) :
V = f
poniewa czstotliwo f jest znana a dugo fali nie, wic
wyznaczamy z 3 równa:
tgm=xm/z
sinm=m dla m=0,±1,±2,±3...
V = f
uzyskujemy :
V= 
dla : m=3 , xm=0,053m , f=9,5MHz , =633nm
UWAGA !!!
l.p z[m] z-cakowita odlego
1 4,72 od fali akustycznej a
2 4,70 ekranem
3 4,67
4 4,64
5 4,68
Bd przypadkowy jaki wystpi przy pomiarze z :
bd redni kwadratowy wynosi :
czyli : z 
=2,1 10-3[%]
natomiast bd systematyczny : V = + z + f + xm
Poniewa z danych tablicowych wynika, e prdko fali akustycznej w wodzie powinna by 1497m/s , natomiast warto z dowiadczenia wyniosa 1593m/s atwo zauway, e wystpi znaczny bd o ok. 100m/s co stanowi ok.6,7%. Jest to bd do duy a ze wzoru na bad systematyczny popeniony w trakcie dowiadczenia wynika, e : V = + z + f + xm = 6,7%.
Z zalenoci tej i wzoru na prdko wywnioskowa mona ,e bd, który mia tu znaczenie, byy bedy przy szacowaniu odlegoci z oraz xm , ustawienie czstotliwoci f na generatorze fal kustycznych .Bd dugoi fali wysyanej przez laser mona pomin poniewa laser jest dokadnym urzdzeniem.
2. Obserwacja dwuwymiarowego obrazu dyfrakcyjnego.
pytka kuweta
piezoceramiczna
45o
fala akustyczna fala wietlna pryzmat(reflektor)
W celu obserwacji dwuwymiarowego efektu dydrakcyjnego, do badanego ukadu z pkt.1 dodalimy reflektor, dziki któremu fala akustyczna po odbiciu od powierzchni reflektora propagujc si pionowo trafia w obszar przejcia fali wietlnej.Pojawi si dwuwymiarowy obraz dyfrakcyjny (patrz rys.b) , bdcy zoeniem dyfrakcji na poziomej fali akustycznej i dyfrakcji na odbitej pionowej fali akustycznej.Czyli fala wietlna przechodzia przez dwie siatki dyfrakcyjne, których kierunki propagacji s prostopade.Obraz dyfrakcyjny tworzy siatka prków rozcigajcych si w kierunkach x,y.
3.Obserwacja obrazu dyfrakcyjnego w przypadku stojcej fali akustycznej.
pytka kuweta
piezoceramiczna
l
.
fala akustyczna fala wietlna pryzmat(reflektor)
stojca
Ukad , w którym powstaje stojca siatka dyfrakcyjna
Przy obserwacji obrazu dyfrakcyjnego w przypadku stojcej fali akustycznej potrzebny by reflektor pionowy ustawiony blisko nadajnika, naleao tak go ustawi aby uzyska gwatowne zwikszenie iloci wiata w prkach dyfrakcyjnych wyszych rzdów (patrz rys.c) a pooenie prków nie zmienia si .Przy czym eby powstaa fala stojca musi by speniony warunek :
, n=1,2,3...
Czyli odlego l midzy nadajnikiem a reflektorem bya wielokrotnoci poowy dugoci fali ultradwikowej .
Zaobserwowane efekty dyfrakcyjne fal wietlnych :
a) jednowymiarowe
m0
b)dwuwymiarowe
m0
c)na fali stojcej
m0
PODSUMOWANIE I WNIOSKI :
Wyszukiwarka
Podobne podstrony:
2594
2594
2594
2594
więcej podobnych podstron