Наверняка некоторые из Вас знают о таком интересном физическом явлении, как фигуры Хладни.
Эти фигуры, образуются из скоплений мелких частиц (например песка) вблизи пучностей или узловых линий на поверхности упругой колеблющейся пластинки.
Радиолюбителям, имеющим опыт работы с двухканальным осциллографом, знаком другой эффект — фигуры Лиссажу. Оба эти эффекта имеют весьма интересное сходство.
В итоге я решил повторить этот эксперимент. Этот опыт будет интересен как школьникам, так и взрослым.
Как раз на днях приехали материалы, необходимые для этого самодельного стенда, и некоторых других проектов.
— Вибрационный динамик Aiyima 50 мм 25Вт
— Усилитель мощности моно D-класс на TDA8932 35Вт
— Цифровой моно усилитель TPA3118 60Вт
— Аудио приемник Bluetooth 5,0
— Функциональный генератор сигналов XR2206 1 Гц-1 МГц
— Блок питания 12В 3А
— Светящийся песок
— Припой, изоляционная лента 3M, провода
— Жесткий листовой материал, двухсторонний скотч.
Инструменты, необходимые для самоделки.
— Паяльная станция
— Электрический паяльник с регулировкой температуры
— Отвертка с набором бит, штангенциркуль.
Процесс изготовления.
На YouTube канале «brusspup» попалось вот такое видео со стендом для демонстрации фигур Хладни. Хотя про сборку там рассказано не было, разобраться что к чему довольно просто.
Собственно, требуется жесткая металлическая или пластмассовая квадратная пластина. В центральной точке пластина крепится к соленоиду, который заставляет ее колебаться. На поверхность пластины помещается мелкозернистый сыпучий материал - например, светящийся в УФ песок.
Чем выше частота колебаний пластины — тем сложнее и детальнее получаемые узоры.
За основу я взял вибрационный динамик мощностью 25 Вт.
Этот динамик весьма популярен, так как его применяют для осуществления мести шумным соседям. Звуковые колебания прекрасно передаются даже через бетонную стену или перекрытие. Ну да ладно, я его не для этих целей приобрел.
Штатные провода пришлось немного удлинить, а соединения заизолировать. Все работы делал сын — понесет стенд в школу на урок физики.
Усилителей приехало несколько, и выбран самый слабый — моно на TDA8932, 35Вт.
Изначально планировалось использовать вот такой функциональный генератор сигналов на микросхеме XR2206 с диапазоном частот от 1 Гц до 1 МГц.
От разъема питания на генераторе провели два провода питания к усилителю.
Однако оказалось, что на выходе генератора амплитуда сигнала достигает 12 вольт (да, сразу подали на усилитель, но он выжил), и нужно ставить делитель. Кроме того, не очень удобно регулировать частоту.
Конечно, есть еще несколько вариантов, и они даже проще.
Первый — если есть поблизости ноутбук или стационарный компьютер, то на нем нужно установить программный функциональный генератор. В частности, таким функционалом обладает довольно древняя, но прекрасная программа SpectraLab.
Второй вариант — подключить к усилителю аудио приемник Bluetooth, а на смартфоне поставить программу генератора (их очень много разных). Нужен самый простой сигнал синусоидальной формы.
Питание усилителя обеспечивалось блоком 12В, 3А.
В качестве пластины можно использовать тонкий (от 0,5 до 2 мм) алюминиевый или жестяной лист, кусок оргстекла, стеклотекстолита, и т. д. Из этого материала нужно вырезать квадрат со сторонами от 200 до 300 мм.
В центре квадрата можно просверлить отверстие, и прикрепить его к вибрационному динамику болтом с гайкой.
Я же использовал в качестве пластины подложку от 3D принтера Ender-3. Разметив на ней центр, площадку от динамика я закрепил на нижней стороне пластины на кусочек тонкого 1-мм двухстороннего скотча. Причем клеить всю площадку не обязательно — эффект будет лучше при меньшей площади контакта.
Снизу динамика провод выведен через отверстие, и закрепить его на столе в горизонтальном положении сложно. Тут как раз подошла винтовая крышка от стеклянной банки. Она плотно села на корпус динамика, а провод свободно вышел через щель.
Сама крышка клеится к столу на двухсторонний скотч, после чего пластина с площадкой прикручивается к динамику. Важный момент — пластина должна находиться в горизонтальном положении, иначе песок или другой мелкозернистый сыпучий материал «убежит» с нее на стол.
Дальнейшие опыты проводила молодежь, и частоты не записывала. Вместо песка использовали… манку.
Конечно, можно использовать и обычный старенький динамик, вот только с креплением пластины придется повозиться.
Вот такой простой и интересный физический эксперимент Вы можете провести вместе с Вашими детьми.
Всем хорошего настроения, крепкого здоровья, и интересных идей!
Подписывайтесь на телеграм-канал сайта, чтобы не пропустить новые статьи.
Становитесь автором сайта, публикуйте собственные статьи, описания самоделок с оплатой за текст. Подробнее здесь.
