Реферат
Коливальнийрух тіл, зважених в магнітних колоїдних наносистемах
У випадку, коли плаваючев рідині тіло занурене в неї частково, його рівновага здійснюється за рахунокрівності сил тяжіння і Архімедова сили, що діє на занурену частину тіла.Вплив додаткової зовнішньої сили, сонаправленностью з силою тяжіння призводитьдо додаткового зануренню тіла. Після ж припинення її дії тіло повертаєтьсядо положення рівноваги за рахунок виштовхувальної сили, при цьому, воно може здійснюватиколивальний рух, тривалість якого визначається добротністю системи.Метою цієї роботи є дослідження подібного роду коливального руху,чиненого тілом, частково зануреним у середу, здатну намагнічуватися привплив магнітного поля. У цьому випадку, можливе використання періодичнодіючої виштовхувальної сили, створюваної магнітним полем.
Магнітні колоїдні наносистеми(Магнітні рідини) володіють рядом цікавих властивостей, обумовлених унікальнимпоєднанням їх плинності і здатності намагнічування у магнітному полі [1]. Однимз таких властивостей є виштовхування немагнітного тіла, зануреного в магнітнурідина в область більш слабкого магнітного поля. У разі використання періодичномінливого магнітного поля, сила, що діє на таке тіло, стає змінною.Для проведення експериментальних досліджень використовувалася установка, загальна схемаякої наведена на малюнку 1.
6
1
8
7
2
4
3
5
Рис.1. Експериментальна установка.
1 - електродвигун з редуктором;
2 - котушка;
3, 4 - джерела струму;
5 - амперметр;
6 - скляна колба; </p>
7 - освітлювачтіньової проекції;
8 - екран з міліметровоюпапером.
Рис.2 Схема установки Рис.3Скляний плавок
1 - електродвигун з редуктором;
2 - котушка;
3, 4 - джерела струму;
5 - амперметр;
6 - скляна колба;
7 - немагнітні тіло (склянийпоплавець, рис.3);
8 - МЖ;
В якості об'єкта дослідженнявикористовувалося тіло (рис.3), що представляє собою скляну ампулу, частково заповненусвинцевим дробом з продовженням у вигляді циліндричної трубки. При певній кількостідробинок такий поплавець встановлювався вертикально в рідині, так що його кінецьу вигляді циліндричної трубки знаходився над її поверхнею. Магнітний наноколлоідбув налитий у циліндричну кювету 6 (Рис.1), яка встановлювалася на намагнічуєтьсяпристрій 2. В якості намагнічує пристрої використовувалася котушка з малоювисотою і феромагнітним сердечником з магнітомягкого заліза. Оцінка амплітудиколивань проводилася по тіньовій проекції кінця поплавка на екрані 8 з міліметровоюсіткою. Для створення періодично воздействующего поля було сконструйовано пристрій1, періодично подає напругу прямокутної форми на намагнічує систему.
1
Рис.4 Двигун з редуктором
1 - електродвигун з редуктором;
2 - диск, одна сторона якогозамикає ланцюг, пов'язану з котушкою, інша розмикає її;
3 - щітки.
При впливі магнітногополя, поплавок відчував додаткову виштовхуючу силу за рахунок взаємодіїполя з магнітною рідиною. Її поява може бути пояснено таким чином.Дія магнітного поля призводить до намагнічування рідкого середовища, а в разі розривуїї помилки (наприклад, знаходження в ній немагнітних тіл) на границях розділу виникаютьмагнітні полюси. Немагнітні тіла при цьому можуть бути уподібнені "магнітним діркам",мають магнітний момент, направлений протилежно полю. Якщо тіло має анізотропнуформу, то воно встановлюється великою віссю вздовж поля (що призводило до більшої стійкостідослідженого нами об'єкта), у разі ж неоднорідного поля на тіло впливаєсила, яка прагне виштовхнути його в область більш слабкого поля. Величина цієї силивизначається виразом:
де - магнітний момент магнітноїдірки.
Величина, може бути представленау вигляді
,
де магнітна сприйнятливістьмагнітної рідини, - розмагнічує фактор тіла, - його об'єм. З урахуваннямцього, для справедливовираз:
Періодичне впливтакої сили призводить до виникнення вимушених коливань зануреного в рідинутіла, що і спостерігалося при проведенні експерименту. Створення періодично діючоїсили здійснювалося за рахунок подачі на намагнічує систему однополярних прямокутнихімпульсів напруги зі шпаруватістю, рівний тривалості імпульсу. Для створеннятаких імпульсів використовувався двигун 1 (Рис.4) з регульованою частотою обертання,на осі якого закріплювався диск 2, половина поверхні якого була провідної,друга - ізольована діелектричною плівкою (рис.4). До диска притиснуті графітовіщітки 3, які у разі знаходження їх на провідному секторі замикали ланцюг живленняелектромагніту, і розмикали її, опинившись внаслідок обертання диска на його непровіднихсекторі. Такий пристрій дозволяло отримувати імпульси струму в намагничивающей системідо 1 А. Частота проходження імпульсів змінювалася за рахунок регулювання швидкості обертаннявала двигуна шляхом зміни, що подається на нього напруги від автономного джерелахарчування (4).
Виявилося, що амплітуда коливаньзануреного в магнітний наноколлоід об'єкта дослідження, що виникають внаслідокперіодично діючого магнітного поля, залежить від частоти воздействующей сили(Частоти змінного магнітного поля). Початкове збільшення частоти приводитьдо збільшення амплітуди, а при деякому значенні частоти змушує сили залежністьамплітуди від частоти має максимум, характерний для резонансних явищ. Було встановлено,що при більш високому значенні змінної сили максимум більш виражений, крім того,його крутизна залежить від в'язкості рідини і параметрів коливного тіла. На рис.5показані графіки залежностей амплітуди коливань ампули від частоти поля при різнихзначеннях величини імпульсу струму в намагничивающей системі.
Очевидно, що спостерігається явищезбільшення амплітуди коливань є наслідком збігу частоти власнихколивань частково зануреного в рідину тіла з частотою періодично змінюєтьсязовнішньої сили. Для перевірки цього оцінимо частоту власних коливань використовуваногооб'єкта досліджень. З цією метою проведемо аналогію між його коливаннями і коливаннямипружинного маятника. Як відомо, коливання маятника здійснюються завдяки наявностісили, що повертає тіло до положення його рівноваги. У разі пружинного маятникатакою силою є сила пружності, а частота його власних коливаньдорівнює. У нашомувипадку рол...