.
Меню сайта
|
Звук на службе у человекаЗвук на службе у человекаФизические явления изучаются не только для того, чтобы понять их сущность, но и для того, чтобы научиться ими управлять, чтобы с их помощью бороться со стихиями природы. Так действовал человек всегда со времен возникновения человеческого общества. Одно из первых явлений природы, которое человек наблюдал, которое стремился понять,— это эхо. Очевидно, еще в раннем, каменном веке человек научился пользоваться этим явлением для ориентировки в горной местности.
Отражение звука от препятствий во многом похоже на полет мяча, брошенного на землю или на стену. Угол его падения равен углу отражения. В горном ущелье мы слышим многократное эхо. Это значит, что к нам приходят звуки, отраженные от нескольких скал. Если в горах крикнуть и отметить время до прихода эха, то легко определить расстояние до места, от которого звук был отражен. Для этого достаточно умножить скорость звука на засеченное время и это произведение разделить на два, так как за это время звук прошел «туда» и «обратно». В 1887—1889 гг. звук впервые был применен для определения глубины моря. Источником звука был колокол, звучавший под водой. Результаты опытов не были утешительными: звук, отражаясь от дна, давал очень слабое эхо, еле слышное в общем шуме моря. Колокол использовали для предупреждения кораблей во время тумана. Он звонил под водой в центре опасной при тумане бухты. Корабли, направляющиеся в гавань, опускали по бортам слуховые трубы, похожие на уши. Но звучание колокола оказалось и для этого слишком слабым. Значительно сильнее звук дает сирена — вращающийся диск с отверстиями, через которые продувают струю воздуха. Колокол заменили сиреной. К измерению глубины моря с помощью эха вернулись несколько лет спустя. В 1912 г. был сконструирован специальный прибор — эхолот. У одного из бортов корабля взрывали в воде пороховой патрон, звук взрыва после его отражения от дна принимался на другом борту. Эхолотом можно было измерять глубины до 150 м. Эхолотом был заменен менее совершенный прибор — лот (канат с грузом на конце и метками длины).
Вскоре произошло событие, расширившее применение эхолота. В Атлантическом океане в сильный туман корабль-гигант «Титаник» столкнулся на полном ходу с огромным айсбергом. Корабль очень быстро затонул. С тех пор для обнаружения препятствий на пути кораблей стали пользоваться эхолотом. Его повернули из вертикального положения в горизонтальное. Зрение лоцмана, когда не видно ни зги, стали заменять эхолотом. В наше время эхолот усовершенствован и называется уже гидролокатором. Он действует по тому же принципу ультразвуковыми волнами: ультразвуковой луч, посланный излучателем, отражается от препятствия, возвращается обратно и улавливается звукоприемником. Посылая звук, регистрируют время. Зная, с какой скоростью распространяется ультразвук в воде, можно определить расстояние до препятствия и даже его форму. С помощью гидролокатора было найдено много затонувших кораблей. Усовершенствованный гидролокатор излучает ультразвук не непрерывно, а через определенные промежутки времени. Эхо улавливается несколькими приемниками, отстоящими друг от друга на некотором расстоянии. Все это позволяет более точно определить место препятствия перед кораблем или очертания морского дна. Широко применяется ультразвук в металлургии. Он хорошо распространяется в металлах, и ультразвуковое эхо используется для определения качества металлических изделий. Если в таком изделии есть инородные вкрапления (раковины), ультразвуковой луч отражается от них, как от препятствия. Сконструирован специальный прибор — ультразвуковой дефектоскоп. Но этот прибор позволяет обнаружить лишь наличие дефекта и расстояние до него от поверхности изделия. Форму и размеры дефекта можно увидеть с помощью ультразвукового микроскопа. В таком приборе ультразвуковой луч «ощупывает» дефект в металле и дает его изображение на экране электронно-лучевой трубки, похожей на трубку в телевизоре. Оба эти прибора работают на волнах очень высокой частоты. Зная примерно размеры дефекта, который должен быть обнаружен в металлическом изделии, легко рассчитать частоту волны, могущей его определить. Если применить ультразвук с самой малой частотой — 20 кгц, то длина его волны в металле (при скорости звука 5000 м/сек) будет:
Это значит, что волною такой частоты можно измерить дефект, размеры которого не меньше 0,25 м. Звуковые и ультразвуковые волны, так же как и все прочие волны в природе, не отражаются от препятствий с размерами меньшими, чем длина волны. Они их просто огибают. Это явление называется дифракцией.
|
ПОИСК
Block title
|