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PHY
Artikel-Nr. VK-PHY12

PHY12 Projektion stehender Wellen

Projektion einer stehenden Ultraschallwelle in einer Flüssigkeit mit Hilfe von divergentem Laserlicht

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Gegenstand des Versuchs

Im Versuch wird eine stehende Ultraschallwelle in einer Flüssigkeit mit Hilfe von divergentem Laserlicht abgebildet. Es wird die Abhängigkeit der Helligkeitsmodulation der erzeugten Projektionsbilder von der Wellenlänge des Lichts und der Frequenz der Ultraschallwelle untersucht und die Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit (Wasser) bestimmt.

Keywords: Schallwellenlänge, Schallgeschwindigkeit, stehende und laufende Welle, divergentes monochromatisches Licht, Brechungsindizes, Brennweite einer optischen Linse

Theoretische und praktische Aspekte zum Versuch

Eine stehende Ultraschallwelle in einer Flüssigkeit kann mit Hilfe von divergentem monochromatischen Licht abgebildet werden. Durch die stehende Welle werden in der Flüssigkeit Schalldruckunterschiede erzeugt, die sich entlang der Schallachse periodisch wiederholen. Die dadurch bewirkten örtlichen Dichteunterschiede haben längs der Schallachse örtlich differierende und sich periodisch wiederholende Brechungsindizes zur Folge. Die Projektion der stehenden Welle zeigt daher bei der Verwendung von monochromatischem Licht eine Hell-Dunkel-Modulation mit sich periodisch wiederholenden Helligkeitsmaxima, die den Dichteunterschieden entsprechen. Der Abstand dieser Helligkeitsmaxima kann zur Bestimmung der Schallwellenlänge und somit der Schallgeschwindigkeit in der Flüssigkeit verwendet werden.

Ergebnis

Die mit grünem und rotem Laserlicht gewonnenen Projektionsbilder stehender Ultraschallwellen in Wasser (hier bei 2,8 MHz, 3,5 MHz und 4,5 MHz) zeigen die mit zunehmender Schallfrequenz zu erwartende Verringerung des Abstands der Helligkeitsmaxima. Der Unterschied zwischen grünem und rotem Laser ist dabei in der Wellenlängenabhängigkeit der Brechungsindizes begründet.

Projektionsbilder grüner Laser

Projektionsbilder grüner Laser


Projektionsbilder roter Laser

Projektionsbilder roter Laser

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