液體表面波衍射條紋的不對稱性及液體參數(shù)測量.pdf

1、表面波是傳播能量集中于介質表面的一種彈性波。表面波沿介質界面?zhèn)鞑?，它攜帶大量的表面信息。因此表面波的研究引起了越來越多的重視。與體相相比，液體表面無論在組成、結構、分子所處的能量狀態(tài)，以及受力情況等方面都有差異，這些差異使液體表面具有某些特殊的性質，通過研究這些特性，可以獲得液體的某些參數(shù)。光學方法是研究物質性質的重要手段，通過研究光在液體表面的衍射、反射、折射等行為，可以測得液體的某些參數(shù)。該方法廣泛用于流體力學，海洋光學等領域。本文

2、也是利用光學的方法來研究液體表面及表面波的特性。 通過實驗和理論研究，主要得到以下結論： 1．對于頻率為幾百赫茲的低頻液體表面波，實驗上觀察到了清晰、穩(wěn)定、反襯度很高的衍射條紋，并發(fā)現(xiàn)衍射條紋的強度及位置具有明顯的不對稱分布。把拍攝到的衍射條紋數(shù)據(jù)輸入到計算機，通過計算機編程，得到衍射條紋的強度隨位置的分布曲線，讀出各級衍射條紋的強度及位置，同時求出對于同一級次衍射條紋，正負級次衍射條紋與零級衍射條紋間距比及強度比。從實

3、驗數(shù)據(jù)可以看出，隨著衍射條紋級次的增高，衍射條紋的位置及強度的不對稱性越明顯。 2．理論上將表面波看作是一位相型光柵，推導出衍射條紋的強度與表面波的解析關系。對衍射條紋的位置及半角寬度的近似條件進行分析，分別解釋了衍射條紋位置及強度的不對稱分布規(guī)律。理論分析得到：一般情況下，低頻液體表面波的衍射條紋的強度及位置都是非對稱分布的，只有在垂直入射的條件下，衍射條紋的強度及位置才是對稱分布的。理論與實驗結果比較吻合。 3．基于

4、這種低頻液體表面波的光衍射效應，提出了一種測量液體表面張力及粘滯系數(shù)的光學方法。理論上導出了表面張力與表面波波矢量、粘滯系數(shù)與表面波衰減系數(shù)和表面波波矢量之間的解析關系，進一步給出表面波衰減系數(shù)和波矢量與衍射圖樣的關系。實驗上給出了測量裝置，觀察到高清晰穩(wěn)定的液體表面波衍射條紋，衍射圖樣隨表面波傳播距離的變化，衍射條紋強度隨表面波傳播距離的變化，得到了表面波衰減曲線，以水為例，測得了水的表面張力及粘滯系數(shù)。實驗測得水的表面張力為53.4

5、×10<'-3>Nm<'-1>，水的粘滯系數(shù)為0.730×10<'-3>N.m/s<'2>。多次重復，所測的數(shù)據(jù)沒有多大的變化，傳統(tǒng)方法所測純水的表面張力及粘滯系數(shù)的公認值分別為72.8×10<'-3>Nm<'-1>、1.018×10<'-3>N.m/s<'2>。相對而言，所測的表面張力及粘滯系數(shù)略小于公認值。一般來講，少量的溶質將會使液體的表面張力減小，進而降低液體的粘滯系數(shù)。實驗時水槽是一個開放系統(tǒng)，空氣中的雜質會吸附在液體的表面，