Нелинейные явления при колебаниях кварцевого камертона, погруженного в сверхтекучий гелий

Abstract

Проведены эксперименты по возбуждению гидродинамических потоков в сверхтекучем гелии при вынужденных колебаниях кварцевого камертона, погруженного в жидкость. Исследованы нелинейные колебания, которые возникают при увеличении вынуждающей силы и проявляются искажением формы резонансной амплитудно-частотной характеристики по сравнению с лоренцевыми кривыми, типичными для предельно малой силы. Нелинейные резонансные кривые описаны с использованием уравнения Дуффинга, параметры которого установлены при сравнении теоретического расчета с экспериментальными данными. Зависимость скорости колебаний ножек камертона от вынуждающей силы, установленная на основании уравнения Дуффинга, оказывается близкой к зависимости, ранее полученной для квазиламинарного течения He II и содержащей кубический по скорости вклад в силу взаимного трения, обусловленную рассеянием фононов на квантованных вихрях в турбулентном потоке.

Проведено експерименти по збудженню гідродинамічних потоків у надплинному гелії при вимушених коливаннях кварцового камертона, який занурено у рідину. Досліджено нелінійні коливання, які виникають при збільшенні збуджуючої сили та проявляються спотворенням форми резонансної амплітудночастотної характеристики у порівнянні з лоренцевими кривими, типовими для гранично малої сили. Нелінійні резонансні криві описано з використанням рівняння Дуффінга, параметри якого встановлено при порівнянні теоретичного розрахунку з експериментальними даними. Залежність швидкості коливань ніжок камертона від збуджуючої сили, яку встановлено на підставі рівняння Дуффінга, виявляється близькою до залежності, раніше отриманої для квазіламінарної течії He II, та містить кубічний по швидкості внесок в силу взаємного тертя, яка обумовлена розсіюванням фононів на квантованих вихорах у турбулентному потоці.

Experiments have been carried out on the excitation of hydrodynamic flows in superfluid helium under forced vibrations of a quartz tuning fork immersed in a liquid. Nonlinear oscillations that arise with an increase in the driving force are investigated and are manifested by distortion of the shape of the resonant amplitude-frequency characteristic in comparison with Lorentz curves typical for an extremely small force. Nonlinear resonance curves are described using the Duffing equation, the parameters of which are established by comparing the theoretical calculation with the experimental data. Dependence of the velocity of vibrations of the tuning fork legs on the driving force established with the use of the Duffing equation is close to the dependence previously obtained for the quasi-laminar flow of He II and containing a cubic velocity contribution due to the mutual friction caused by scattering of phonons by quantized vortices in a turbulent flow.