Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2004 № 08

Мощность… 150 л.с.

Максимальная скорость… 170 км/ч

Снаряженный вес… 1410 кг

Вместимость топливного бака… 57 л

Разгон до 100 км/ч… 8,3 с

Расход топлива в городе… 14 л/100 км

У этого авианосца нелегкая судьба. В строй его ввели в июне 1917 года, когда боевая авиация находилась на самой ранней стадии развития. Тем не менее, на палубе была установлена наклонная 50-метровая платформа для взлета и посадки. Под ней находился ангар для четырех гидроаэропланов и шести сухопутных машин, которые на палубу подавал специальный лифт.

В марте 1918 года после переоборудования в строй флота вернулся совсем другой «Furious» — со 100-метровой посадочной палубой шириной около 30 метров.

В 1939 году на правом борту «Furious» возвели небольшую надстройку с мачтой, на которой установили дальномеры, электронное оборудование и малокалиберные зенитные автоматы.

В 1942 году, после ремонта в США, «Furious» в течение двух лет сопровождал конвои, прикрывал высадку союзников в Сицилии и участвовал в эпизодических набегах на побережье FlopBernn.

Техническая характеристика:

Длина… 240 м

Ширина… 24,69 м

Водоизмещение 22 000 т

Осадка… 8,31 м

Экипаж… 1132 чел.

Скорость… 30 узлов

Вооружение:

140-мм орудий… 10

Зенитных установок… 3

Самолетов… 26

ФИЗИЧЕСКИЙ ЭКСПЕРИМЕНТ

Как увидеть то, что только слышно

Колеблющийся предмет колеблет и молекулы воздуха окружающей среды, и по ней бегут, периодически повторяясь, зоны изменения плотности (рис. 1). Это и есть звуковые волны.

При обычных амплитудах — от шепота до грома оркестра — зависимость плотности воздуха от времени синусоидальна. Но при очень больших, например, при взрывах, в среде распространяются волны другого типа — ударные. Наше ухо воспринимает их как оглушительный грохот.

Принято считать, что человеческое ухо воспринимает колебания с частотой от 20 до 20 000 Гц. Но эти границы индивидуальны. Тем не менее звуки с частотой выше 20 кГц называются ультразвуками. Некоторые животные, например собаки и кошки, слышат ультразвуки вплоть до 40 кГц. Частотный диапазон речи примерно от 200 до 3500 Гц. Нижняя граница частотного диапазона певцов и певиц 80 Гц, верхняя — 2300 Гц.

Частотный диапазон музыкальных инструментов гораздо шире. Например, у органа он лежит в пределах от 20 до 16 000 Гц. Как показывают приборы, многие музыкальные инструменты помимо звуков создают также и ультразвуки.

Но вот что удивительно. Звуки с частотой 25–40 кГц не услышит человек с самым тонким музыкальным слухом. Однако при демонстрации записи музыки, у которой искусственно срезаны частоты выше 20 кГц, он явственно ощущает неестественность ее звучания. Именно потому в мире производят акустическую аппаратуру запредельного качества, сравнимую по цене с хорошим автомобилем. В ней применяют радиолампы, трансформаторы, намотанные серебряной проволокой, а корпуса наушников изготавливают из сакуры — японской вишни.

Но вернемся к теме статьи. Можно ли увидеть звук?

Вот простой способ. Обрежьте воздушный шарик и натяните на кастрюлю (рис. 2).

Получится упругая мембрана. Далее сделайте «барабанные палочки», надев на стержни от авторучек, допустим, кусочки ластика.

Насыпьте на мембрану мелкий песок, соль или манную крупу и ударьте палочкой по кастрюле. Песок на пленке начнет подпрыгивать и скатываться к краям. В этом опыте возникшие колебания успевают заявить о своем существовании тем, что сбрасывают песок к краям мембраны.

Казалось бы, факт ничем не примечательный. Однако в цехах заводов можно увидеть любопытную картину. По наклонному желобу ползут мелкие детали… снизу вверх. Приглядевшись, вы увидите, что желоб колеблется. Тот же эффект, который отбрасывает песок к краям кастрюли, заставляет подниматься детали по желобу.

Совсем иную картину нам покажет звук камертона на поверхности воды в малом сосуде, например, миске.

Налейте в миску воды и коснитесь ее поверхности ножкой звучащего камертона. На поверхности воды появится рябь. Ее гребни и впадины находятся в движении, колеблются то вверх, то вниз. Но есть и места, где уровень воды не меняется. Картина волн в целом стоит на месте. Такие волны называют стоячими. Они образуются от сложения волн, посылаемых ножкой камертона, с волнами, отразившимися от стенок миски.

Картину стоячих волн можно наблюдать и в хрустальном бокале, наполненном водой. Проведите по его краю мокрым пальцем, так чтоб он начал «петь». При определенной силе звука на поверхности воды возникнут стоячие волны, движущиеся от стенок, создавая в центре маленький бугорок.

Тот же опыт можно проделать даже с массивной кастрюлей из нержавеющей стали. Звук получится тоном ниже, а бугорок в центре временами будет напоминать фонтанчик.

Этим воспользовались древние китайцы, создав «магический таз». Отлитый из бронзы, он имел две ручки. Если их умело потереть, то в центре таза начинал бить фонтан высотою до трех метров. Сегодня подобные «магические тазы» шарлатаны применяют для предсказания судеб, хотя фонтанчик в центре таза — это обычное физическое явление, основанное на резонансе и интерференции волн.

В металлах звуковые волны распространяются со скоростью 3–5 км/с, их удается запечатлеть методом скоростной киносъемки, но для этого нужна дорогая и сложная аппаратура. Однако, распространяясь в твердых телах, они отражаются от их границ и, взаимодействуя друг с другом, образуют систему стоячих волн, которые тоже можно наблюдать.

Впервые это сделал немецкий физик Хладни в начале XIX века. Для этого он собрал прибор, представляющий собой бронзовую прямоугольную пластину, прикрепленную в центре при помощи винта к деревянной стойке (рис. 3).

Прибор служил украшением аристократических салонов и физических кабинетов. Пластину посыпали мелким песком, а затем, придерживая рукой, проводили по ее краю смычком скрипки.

Пластина начинала дрожать, издавая протяжный звук, и песчинки на ее поверхности выстраивались в замысловатые фигуры. По своей сути это картина стоячих звуковых волн, возникающих в твердом теле. Песок, находящийся в пучностях стоячей волны (максимальная амплитуда колебаний), скатывается и скапливается в узлах, где амплитуда колебаний минимальна. Картина колебаний становится видимой.

Прибор Хладни давно уже не выпускается. Но в одном из кружков его сделали из круглой стеклянной пластины от электроскопа. Если провести по ее краю точильным бруском, получается песочный крест с четкими границами.

Вообще для изготовления прибора Хладни нужна гладкая плоская пластина толщиною около 3 мм из металла, в котором долго не затухают звуки, например, стали или бронзы.

В воздухе заметить звуковые волны тоже непросто, поскольку он прозрачен. Но в местах сгущения и разрежения волн его оптические свойства чуть-чуть меняются. Глаз этого не замечает, но есть довольно сложные приборы, дающие изображение волн на экране.

Уже известный вам немецкий физик-экспериментатор Вихардт Поль нашел очень простой и изящный способ, позволяющий увидеть стоячие звуковые волны, распространяющиеся в комнате. Чтобы их создать, достаточно подключить громкоговоритель к школьному звуковому генератору. В зависимости от выбранной частоты колебаний длина волн может меняться от метров до сантиметров. Длинные волны неудобно наблюдать, очень короткие — плохо воспроизводит громкоговоритель. Лучше всего подать на него частоту 5 — 10 кГц.

Наблюдать волны можно на поверхности воды в ванночке с прозрачным дном. Осветив ее снизу лампочкой карманного фонаря, вы получите на потолке яркий рисунок стоячих звуковых волн. Его четкость повысится, если вы добавите в воду немного жидкости для мытья посуды. Она снижает поверхностное натяжение воды и заметно усиливает впадины и выступы на ее поверхности.

Картина стоячих звуковых волн в комнате довольно замысловата и меняется в окрестностях каждого предмета. На рисунке 4, взятом из книги В.Поля, вы видите «звуковой отпечаток» руки, поднесенной к волновой ванне. В. Поль полагал, что примерно так «видят» мир своими ушами летучие мыши, которым звук заменяет свет.

Г.ТУРКИНА, А.ИЛЬИН

Рисунки А.ИЛЬИНА

Рис. 4

ПОЛИГОН

Насос и солнце

Поливать сад или огород, таская воду ведрами из ближайшего водоема, — работа нелегкая. Но ее можно избежать, сделав насос, настолько простой по конструкции, что практически все его детали можно найти, как говорится, в хозяйстве. А чтобы лучше разобраться в его работе, предлагаем поставить простой эксперимент.