Mesure des formes de mode Chladni avec une méthode de levier optique

Cette procédure peut fournir un coup d’œil clair pour déterminer la forme du mode Chladni en utilisant la méthode du levier optique. La méthode proposée est une approche assez simple pour déterminer quantitativement la forme du mode Chladni à un coût très faible. La connaissance de l’équation différentielle partielle et de la méthode des éléments finis est importante pour l’exécution réussie de la procédure.

Pour mettre en place le système de vibration, acquérir deux plaques acryliques circulaires miroir de 1 mm d’épaisseur avec respectivement 150 mm de diamètre et 200 mm de diamètre. Percer un trou de 3 mm de diamètre au centre de chaque plaque, et marquer plusieurs points tous les 5 mm le long d’un rayon arbitraire. Fixez chaque plaque à la barre d’actionnement du vibrateur avec un boulon au point médian, et utilisez un générateur de forme d’onde pour conduire le vibrateur avec une onde sinusoïde.

Pour acquérir la fréquence de résonance, utilisez le stylo laser pour projeter perpendiculairement le faisceau laser à partir d’une distance de 120mm sur la plaque vibrante, de sorte que le faisceau est réfléchi à l’écran lumineux 500mm dans la distance. Déplacez rapidement le stylo laser le long de la direction perpendiculaire à sa longueur pour scanner sur le diamètre, tandis que le générateur de signal change continuellement sa fréquence. Lorsque la longueur de la tache est considérablement étirée le long du diamètre, et que certains endroits sans presque aucune expansion apparaissent, commencez à scanner lentement la plage de fréquences et déterminez la fréquence à laquelle l’endroit se dilate le plus évidemment.

Pour préparer le chemin lumineux et le système de mesure, placez l’écran lumineux parallèlement à la plaque vibrante et marquez la distance à l’avec une règle de compteur. Ensuite, en utilisant 500mm comme distance de départ, placez le stylo laser pour projeter le faisceau perpendiculairement sur la plaque, de sorte que le faisceau est réfléchi à l’écran lumineux dans la distance, en s’assurant que la marque précédemment faite peut être scanné pendant que le stylo laser se déplace. Pour obtenir une mesure expérimentale, allumez le générateur de signal, et réglez la fréquence d’excitation à la fréquence de résonance à laquelle l’endroit s’est étendu le plus évidemment.

L’intensité du signal doit être aussi faible que possible une fois que la tache lumineuse sur l’écran lumineux est suffisamment grande pour être enregistrée. Ajustez le stylo laser de telle sorte que le point d’incident coïncide avec le premier marqueur, c’est-à-dire avec le marqueur le plus proche du point fixe de la plaque, et déplacez l’écran de 500mm à 1000mm, mesurant la longueur de tache de l’écran tous les 50mm. Ensuite, ajustez le stylo laser pour faire le point d’incident adjacent au marqueur suivant, et répétez les mesures de 500mm à 1000mm comme vient de le démontrer.

Lorsque tous les points d’incident ont été mesurés, répétez la mesure avec la plaque acrylique du diamètre suivant. La fréquence d’excitation qui peut exciter un motif chladni axisymétrique est déterminée par le test de balayage des fréquences. Un diamètre de plaque plus grand est corrélé avec une plus grande flexibilité de plaque.

Sous la fréquence de résonance correspondante, la longueur du point lumineux sur l’écran lumineux de différentes plaques peut être mesurée et enregistrée. Le traçage de ces données permet de comparer les formes de mode des différentes plaques. L’aspect le plus important de cette procédure est l’obtention de données précises lors de la mesure de la longueur de la tache, car ces données déterminent l’exactitude de l’ensemble de l’expérience.

Cette méthode peut également être utilisée pour déterminer les formes de mode non axisymétrique en mot mineur, pour les diamants tracer la beauté des motifs Chladni.