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Ultraschallsprudel

Akustik Ak 2.1 Versuch 1.8

Einführung

Wird ein Ultraschallstrahl von unten gegen die Oberfläche einer Flüssigkeit gerichtet, so wölbt sich die Flüssigkeitsoberfläche auf, und bei hinreichender Schalleistung entsteht ein Flüssigkeitssprudel.

Material

Stativfuß
2 x Stativstange , 4kt, l = 400 mm
2 x Doppelmuffe
2 x Universalklemme
Küvette, 150 mm x 55 mm x 100 mm
Glycerin, 250 ml
Ultraschallgenerator
Wasser

Versuchsaufbau Versuchsaufbau s. Abb. 8 (Ultraschallgenerator Betriebsart: Sinus) Die Zylinderküvette wird etwa zur Hälfte mit Wasser gefüllt und auf den Schallkopf gesetzt, auf den vorher einige Tropfen Glycerin als Kopplungsschicht aufgebracht werden. Durchführung Die Leistung des Generators wird am Stellknopf "Amplitude" bis zum Maximalwert erhöht.

Abb. 8

Ergebnis

Mit steigender Schalleistung wölbt sich die Flüssigkeitsoberfläche über dem Schallkopf immer stärker auf. Bei genügend großer Schalleistung wird die Flüssigkeitsoberfläche durchbrochen und es bildet sich ein Flüssigkeitssprudel aus.

Anmerkung

Das beobachtete Versuchsergebnis ist auf nichtlineare Effekte bei der Schallausbreitung zurückzuführen. Der zeitliche Mittelwert des Schallwechseldrucks ist von Null verschieden. Die verbleibende Druckdifferenz bezeichnet man als Langevinschen Strahlungsdruck. Er führt bei hinreichender Schalleistung zur Bildung eines Sprudels in der angrenzenden Luft, da der Schallstrahlungsdruck in Wasser wesentlich größer als der in Luft ist.