法拉第对液体表面波的研究.pdfVIP

第 35 卷第 12 期 大学物理 Vol.35 No.12 2016 年 12 月 COLLEGE PHYSICS Dec.2016 法拉第对液体表面波的研究 李国峰1 ， 2 (1.内蒙古师范大学科学技术史研究院，内蒙古呼和浩特 010022; 2. 内蒙古科技大学理学院，内蒙古包头 014010) 摘要:介绍了法拉第由克拉尼图形进入液体表面波研究领域的过程，回顾了法拉第研究液体表面波的实验;分析了法拉 第怀有强烈好奇心和能够正确对待权威学者观点的精神特质，以及法拉第思维开阔和实验技巧高超的研究特点. 关键词:法拉第:克拉尼图形:液体表面波 中团分类号:04-09 文献标识码:A 文章编号:1∞0- 0712( 2016) 12- ∞54-03 1841 )等当时一众欧洲科学巨臂.奥斯特于 1813 年 水平板垂直小幅振动，当振动频率达到某一 首先引入了轻质、易于滑动的石松粉作为观测物质， 值，事先置于板上的液体表面就会产生驻波图案， 这一现象首先由法拉第( Michael Faraday , 1791- 萨伐尔则于 1827 年 8 月在英国皇家科学院宣读的 一篇论文中指出，板上沙子所在的位置就是振动 1867) 于 1831 年发现，这类由于微幅振动导致的 非线性液体表面波被称为法拉第波(Faraday 最弱的地方[10J 由于石松粉比沙子轻且稍有振动 就会滑动，因此在振动板上石松粉形成的图案较 wave) .法拉第波至今仍是一个活跃的研究领域，不 沙子形成的图案要复杂，萨伐尔认为，石松粉的复 仅有对既往发现的理论研究[14 ，还陆续有新的波 形图案被发现，物理评论快报(Physical Review Let- 杂图案是在较为简单的沙子图案基础上形成的， 他进一步推测振动板上起始图案确定，那么板上 ters) 于 2011 、 2013 年报道了数种新发现的法拉第 后续形成什么图案是可以预知的.对此，法拉第怀 波图案[5 ， 6J 回顾法拉第对液体表面波的研究于今 有质疑，认为环境也会影响到振动板上的图案样 仍有积极意义. 式，他分别观察了真空和水中振动板上的沙子图 1 法拉第研究液体表面波的缘起 案，证实振动板所处的环境不同会导致振动板上 形成的图案有差异.法拉第还发现，振动板上石松 法拉第对液体表面波的研究源于对声音振动现 粉的分布会受到气流的影响.法拉第从 1831 年 2 象的关注.人们对声音振动现象的早期研究，可追溯 到胡克( Robert Hooke , 1635一1703) ， 1680 年 7 月 8 月 2 日至 7 月 18 日做了一系列实验[11] ，在实验的 过程中，法拉第用流动性更好的水作为观测物质， 日，胡克在玻璃板上撒了一些面粉，用小提琴弓在玻 研究了振动