Medición de formas de modo Chladni con un método de palanca óptica

Resumen

Se propone un método simple de medición de la forma del modo Chladni en una placa elástica por el principio de una palanca óptica.

Resumen

Determinar cuantitativamente el patrón Chladni de una placa elástica es de gran interés tanto en la ciencia física como en las aplicaciones de ingeniería. En este artículo, se propone un método de medición de formas de modo de una placa vibratoria basada en un método de palanca óptica. En la medición se emplearon tres placas de acrílico circular bajo diferentes excitaciones armónicas centrales. A diferencia de un método tradicional, sólo un lápiz láser ordinario y una pantalla de luz hecha de vidrio de tierra se emplean en este enfoque novedoso. El enfoque es el siguiente: el lápiz láser proyecta un haz a la placa vibratoria perpendicularmente, y luego el haz se refleja en la pantalla de luz en la distancia, en la que se forma un segmento de línea hecho del punto reflejado. Debido al principio de persistencia de la visión, el punto de luz podría leerse como una línea recta brillante. La relación entre la pendiente de la forma del modo, la longitud del punto de luz y la distancia de la placa vibratoria y la pantalla de luz se puede obtener con operaciones algebraicas. A continuación, la forma del modo se puede determinar integrando la distribución de talud con las condiciones de contorno adecuadas. Las formas de modo de campo completo de la placa Chladni también podrían determinarse más de una manera tan sencilla.

Introducción

Las formas del modo Chladni son de gran interés tanto en aplicaciones de ciencia como de ingeniería. Los patrones de Chladni son reacciones de ondas físicas, y uno puede ilustrar el patrón de onda con varios métodos. Es un método bien conocido para mostrar los diversos modos de vibración en una placa elástica delineando las líneas nodales. Las partículas pequeñas siempre se emplean para mostrar los patrones Chladni, ya que pueden detenerse en los nodos donde la amplitud de vibración relativa de la placa es cero, y las posiciones de los nodos varían con el modo resonante para formar varios patrones Chladni.

Muchos investigadores han prestado....

Protocolo

1. Configuración y procedimientos experimentales

NOTA: Configure el sistema experimental como se muestra en la Figura 2.

1. Preparación del sistema de vibración
   1. Prepare tres placas acrílicas circulares espejadas de 1,0 mm de espesor con diámetro de 150 mm, 200 mm y 250 mm respectivamente. Taladre un agujero de 3 mm de diámetro en el centro de cada placa. Marque varios puntos negros cada 5 mm a lo largo de un radio arbitrario.
   2. Fije cada placa a la barra de accionamiento del vibrador con un perno en el punto medio. Conduzca el vibrador con una onda sinusoidal utilizando un generador de f....

Resultados

La frecuencia de excitación que puede excitar el patrón de Chladni axisymmétrico se determina a través de la prueba de barrido de frecuencia. Se prueban tres placas de acrílico circular con diámetros de 150 mm, 200 mm y 250 mm, y los resultados muestran que las frecuencias de resonancia axisimétrica de primer orden son 346 Hz, 214 Hz y 150 Hz para las tres placas respectivamente. Se concluye que con un diámetro más grande, la placa es más flexible, y la frecuencia de resonancia correspondiente será más pequeña. Los patro.......

Discusión

El método de palanca óptica se adopta en este papel para determinar la forma de modo de una placa, ya que el patrón Chladni sólo puede mostrar las líneas nodales de una placa vibratoria. Para determinar la forma de modo de la placa, la relación entre la pendiente y la distancia de la pantalla de luz y la longitud del punto debe obtenerse de antemano. A continuación, a través del cálculo de integración definido, la forma del modo del patrón Chladni podría determinarse cuantitativamente.

General.......

Materiales

Lista de materiales utilizados en este artículo

Nombre	Empresa	Número de catálogo	Comentarios
Placas acrílicas Dongguan	Jinzhu Lens Products Factory		Tres placas acrílicas circulares espejadas de 1,0 mm de espesor con diámetro de 150 mm, 200 mm y 250 mm respectivamente. Se deforman fácilmente.
Bolígrafo láser	Deli Group	2802	El láser rojo es más amigable para el espectador. Cuanto más fino sea el rayo láser, mejor.
Pantalla de luz	Vidrio templado del norte Tienda		pueden colocar varias capas de pegatinas esmeriladas en el vidrio para lograr el efecto de vidrio esmerilado.
Regla	Deli Group	DL8015	La longitud es de 1 m y el valor de división es de 1 mm.
Generador de señales	Dayang Science Education Taobao Store TFG6920A		Comunes en los laboratorios universitarios están disponibles.
Vibrador	Dayang Science Education Taobao Store		La amplitud máxima es de 1,5 cm. La potencia es lo suficientemente grande como para causar un fenómeno notable cuando la placa vibra. De lo contrario, agregue un amplificador de potencia.

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