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

Este procedimiento puede proporcionar un vistazo claro para determinar la forma del modo Chladni utilizando el método de palanca óptica. El método propuesto es un enfoque bastante simple para determinar cuantitativamente la forma del modo Chladni a un costo muy bajo. El conocimiento de la ecuación diferencial parcial y el método de elemento finito es importante para la ejecución exitosa del procedimiento.

Para configurar el sistema de vibración, adquiera dos placas acrílicas circulares espejadas de 1 mm de espesor con 150 mm de diámetro y 200 mm de diámetro respectivamente. Taladre un agujero de 3 mm de diámetro en el centro de cada placa y marque varios puntos cada 5 mm a lo largo de un radio arbitrario. Fije cada placa a la barra de accionamiento del vibrador con un perno en el punto medio, y utilice un generador de forma de onda para conducir el vibrador con una onda sinusoidal.

Para adquirir la frecuencia de resonancia, utilice el lápiz láser para proyectar perpendicularmente el rayo láser desde una distancia de 120 mm sobre la placa vibratoria, de modo que el haz se refleje en la pantalla de luz de 500 mm en la distancia. Mueva rápidamente el lápiz láser a lo largo de la dirección perpendicular a su longitud para escanear sobre el diámetro, mientras que el generador de señal cambia continuamente su frecuencia. Cuando la longitud del punto se estira significativamente a lo largo del diámetro, y aparecen algunos puntos con casi ninguna expansión, comience a escanear el cierto rango de frecuencia lentamente y determine la frecuencia a la que el punto se expande más obviamente.

Para preparar la trayectoria de la luz y el sistema de medición, coloque la pantalla de luz paralela a la placa vibratoria y marque la distancia con una regla de medidor. A continuación, utilizando 500 mm como distancia de inicio, coloque el lápiz láser para proyectar el haz perpendicularmente sobre la placa, de modo que el haz se refleje en la pantalla de luz en la distancia, asegurándose de que la marca previamente hecha se puede escanear mientras el lápiz láser se está moviendo. Para obtener una medición experimental, encienda el generador de señal y ajuste la frecuencia de excitación a la frecuencia de resonancia a la que el punto se expandió más obviamente.

La intensidad de la señal debe ser lo más pequeña posible una vez que el punto de luz en la pantalla de luz es lo suficientemente grande como para ser grabado. Ajuste el lápiz láser de forma que el punto de incidencia coincida con el primer marcador, es decir, con el marcador más cercano al punto fijo de la placa, y mueva la pantalla de 500 mm a 1000 mm, midiendo la longitud del punto de la pantalla cada 50 mm. A continuación, ajuste el lápiz láser para hacer el punto de incidente adyacente al siguiente marcador, y repita las medidas de 500 mm a 1000 mm como se acaba de demostrar.

Una vez medidos todos los puntos de incidencia, repita la medida con la placa acrílica del siguiente diámetro más grande. La frecuencia de excitación que puede excitar un patrón Chladni axisymmétrico se determina a través de la prueba de barrido de frecuencia. Un diámetro de placa más grande se correlaciona con una mayor flexibilidad de placa.

Bajo la frecuencia resonante correspondiente, la longitud del punto de luz en la pantalla de luz de diferentes placas se puede medir y registrar. La gráfica de estos datos permite comparar las formas de modo de diferentes placas. El aspecto más importante de este procedimiento es la obtención de datos precisos al medir la longitud del punto, ya que estos datos determinan la precisión de todo el experimento.

Este método también se puede utilizar para determinar formas de modo no axisimétrico en palabra menor, a los diamantes trazan la belleza de los patrones Chladni.