Колебания кварцевого камертона в Не II и коэффициент сопротивления

Abstract

В области температур 0,1–3 К экспериментально определены температурные зависимости коэффициента сопротивления кварцевых камертонов разных геометрических размеров, помещенных в Не II. Установлено, что эти зависимости имеют одинаковый вид, но значения коэффициента отличаются по величине для камертонов с разными геометрическими размерами. Показано, что полученный удельный коэффициент сопротивления зависит только от температуры и частоты колебаний, если величину коэффициента сопротивления нормировать на площадь поверхности подвижной ножки камертона. Проведено сравнение температурных зависимостей нормированных коэффициентов сопротивления камертонов разных размеров, проволочки и микросферы при их колебаниях в Не II. Показано, что в баллистическом режиме рассеяния квазичастиц эти зависимости совпадают и имеют наклон пропорциональный Т⁴, который определяется плотностью тепловых возбуждений. В гидродинамическом режиме, при Т > 0,5 К, на поведение температурной зависимости удельного коэффициента сопротивления влияет размер и частота колеблющегося тела. Предложена эмпирическая зависимость, позволяющая описать поведение удельного коэффициента сопротивления во всем температурном диапазоне при различных частотах для колеблющихся камертонов, микросферы и проволочки.

В області температур 0,1–3 К експериментально визначено температурні залежності коефіцієнта опору кварцових камертонів різних геометричних розмірів, розташованих в Не II. Встановлено, що ці залежності мають однаковий вигляд, але значення коефіцієнта відрізняються по величині для камертонів з різними геометричними розмірами. Показано, що отриманий питомий коефіцієнт опору залежить тільки від температури і частоти коливань, якщо величину коефіцієнта опору нормувати на площу поверхні рухливої ніжки камертона. Проведено порівняння температурних залежностей нормованих коефіцієнтів опору камертонів різних розмірів, дроту і мікросфери при їх коливаннях в Не II. Показано, що в балістичному режимі розсіяння квазічастинок ці залежності збігаються і пропорційні Т⁴, що обумовлюється щільністю теплових збуджень. В гідродинамічному режимі, при Т > 0,5 К, на поведінку температурної залежності питомого коефіцієнта опору впливає розмір та частота тіла, що коливається. Запропоновано емпіричну залежність, що дозволяє описати поведінку питомого коефіцієнта опору у всьому температурному діапазоні при різних частотах для камертонів, мікросфери і дроту, що коливаються.

The temperature dependences of drag coefficient are measured at temperatures ranged from 0.1 to 3.0 K for quartz tuning forks of different size immersed in superfluid He II. It is found that these dependences are similar but the drag coefficients varying value for quartz tuning forks with different geometrical size. It is shown that, if the value of drag coefficient is normalized to the surface area of the moving prong, the specific drag coefficient depends on temperature and oscillation frequency only. The temperature dependences of normalized drag coefficients for tuning quartz forks of different size, wire and sphere are compared. It is shown that in the ballistic regime of quasiparticle scattering these plots are identical and have a slope proportional to T⁴, which is determined by the density of thermal excitations. In the hydrodynamic regime at T > 0.5 K the temperature behavior of specific drag coefficient is affected by vibrating body size and oscillation frequency. An empirical relation is proposed to describe the behavior of specific drag coefficient in the whole temperature range at different frequencies for vibrating quartz forks, sphere, and wire.