Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 18
Текст из файла (страница 18)
Мы видим молнию и потом слышим гром Одно из самых ранних измерений скорости звука в воде было выполнено также по запаздыванию звука. В 1826 г. Коллапан и Штурм произвели на Женевском озере следующий опыт. На одной лодке производилась вспышка пороха и одновременно молоток ударял по колоколу, опущенному в воду. На другой лодке, находившейся на расстоянии 14 км от первой, измерялось время между вспышкой и появлением звука в рупоре, также опущенном в воду, Скорость звука в воде при 8'С оказалась равной 1435 и!с. Измеряя запаздывание звука по сравнению со светом, можно получить правильное значение скорости звука, очевидно, лишь в том случае, если временем распространения света можно пренебречь.
Б условиях обычных наблюдений зто допущение вполне приемлемо, нбо, как показывают измерения, скорость распространения световых и вообще влектпромагнитных волн в вакууме 1а практически и в воздухе) равна приблизительно 300000 ям~с. Вспышку, произведенную на расстоянии 3 км, мы видим с запаздыванием всего на 1О мкс (микросекунда— миллионная доля секунды), в то время как звук тратит на пробег этого расстояния около 9 с. Скорость звуковых волн весьма различна для разных сред и, кроме того, зависит от температуры. Современные методы позволяют производить точные измерения скорости звука, пользуясь малыми количествами исследуемого вещества. На рис.
64 изображена диаграмма, показываквцая Я~~Д Сьздух, е0 'с, 667,0м/г Вмша~еее еа е.~ген (кЯ Углекеельге" гег, 0 'С, 206 м,'е еввм~ыавявею вюе ь Ц~3ЯЯЯЯД Кврасек, 23 'С, У270мlг Мвуь гу 'С 000м/ Сегена Г 'С 49 Смгь Стекло Г 'С 0200мге Ркс.
6Н Скорость звука в некоторых тазах, жидкостях н твердых телах скорость звука в некоторых веществах, причем указана температура, к которой относится приведенное значение скорости. Числа, приведенные на диаграмме, в некоторых случаях дают лишь приблизительное представление о скорости звука в материале, поскольку последняя зависит также от сорта материала (сталь, стекло) и от его очистки (керосин).
й 35. Радиолокация, гидроакустическая локацня и звукометрия. Если скорость распространения волн известна, то измерение их запаздывания позволяет решить обратную задачу: найти пройденное ими р а с с т о я н и е. Ничтожные промежутки времени, затрачиваемые электромагнитными волнами на пробег наземных расстояний, теперь уже не лежат за пределами доступного наблюдению, и мы умеем измерять их с большой точностью. На этом основано действие р а д и о л о к а т о р о в — приборов, предназначенных для обнаружения кораблей, самолетов и т.
п. Радиолокатор посылает короткий электромагнитный сигнал — последовательность очень быстрых колебаний, длящуюся 1 — 2 мкс (рис. 65). Этот сигнал отмечается на экране электронного осциллографа в виде отброса электронного пучка от прямой АВ (рис. 66), по которой этот пучок пробегает под действием развертывающего напряже- Я ния (р 26). Отразившись от препятствия, сигнал возвращается, принимается радиолокатором, усиливается н снова подводится к осциллографу. Возникает второй отброс электронного пучка от прямой АВ, соответствующий приходу отраженного сигнала.
Расстояние между двумя ~м ° Рнс. 66. Сигнал («импульс») локатора, изображенный с пробелом, так как в нем содержится около сотни быстрых колебаний и без пробела он получился бы слишком растянутым Рнс. 66. Изображения сигналов на экране осциллографа радиолокатора отбросами на экране осциллографа в определенном и заранее известном масштабе изображает время 2«' между моментом посылки сигнала и моментом прихода отраженного сигнала (~ — время пробега сигнала в одну сторону).
Так как скорость распространения ра- диоволн известна, то можно д Л Я б градуировать прямую АВ пряз»аз<хат<< мо в единицах длины и непосредственно читать на экране осциллографа расстояние до отражающего предмета. В действительности радио- локатор посылает не однократный сигнал, показанный на рнс. 65, а ряд таких сигналов, следующих друг за другом через равные промежутки времени много (например, тысячу) раз в секунду.
Развертка тоже делается периодической и синхронной с посылкой сигналов. Таким образом, изображения посылаемого и принимаемого (отраженного) сигналов воспроизводятся на экране осциллографа много раз в секунду и воспринимаются наблюдателем как непрерывная картина, Этому способствует и так называемое после св е ч ение флуо.
респнрующего вещества, которым покрыт экран осциллографа. Тачка экрана, в которую попадает электронный пучок после ухода пучка в другое место экрана, светится еще в течение некоторого времени. Это время послесвечения у разных флуоресцирующих веществ различно. В частности, его можно подобрать так, чтобы изображение, <нарисованное» электронным пучком за одна период развертки, не успевало погаснуть до следующего ее периода, т.
е. до следующего пробега электрон- ного пучка по экрану. Периодическое повторение посылаемых сигналов, давая на экране осциллографа непрерывную легко наблюдаемую картину, позволяет следить за перемещениями предметов, отражающих локационные сигналы. Если такой предмет, например самолет, движется, то вместе с изменением расстояния до него будет меняться положение второго отброса электронного пучка на экране осциллографа, т. е. мы увидим, что самолет приближается к локатору или удаляетсн от него. С помощью радиолокаторов можно также определять расстояние до берега н вообще любого предмета, способного хорошо отражать радиоволны. Таким образом, радиолокаторы можно использовать для навигации и других целей.
В настоящее время значение радиолокации, в частности в военном деле, чрезвычайно велико. В СССР первые работы в области радиолокации были начаты уже в 1932 г. под руководством Ю. А. Коровина; первая вСССР радиолокационная установка была построена Ю. Б. Кобзаревым и его сотрудниками в 1939 г. Задачу измерения расстояний в ряде случаев можно решать, определяя время запаздывания звука. При распространении звуковых сигналов времена запаздывания гораздо больше, и поэтому их легче точно измерить. Однако значительно менее точно известна скорость распространении сигнала, так как в практических условиях на нее — — 1 в влияет целый ряд обстоятельств: ветер, неоднородность $ ( температуры среды (воздуха, воды) и т.
п. На том же принципе (измерения времени запаздыва- пас. ат, Дсастэас эхолота ния отраженного сигнала) основаны г и дроакустическая локация и эхолотнрование. Гидро- локаторы позволяют, например, обнаруживать с надводных кораблей подводные лодки и, наоборот, с подводных лодок надводные корабли." При помощи эхолотов измеряется глубина морского дна. Эхолот действует следующим образом.
В дно корабля монтируют специальные излучатель и приемник ультразвуковых волн (рис.б7), которые применяются потому„что они значительно короче 93 звуковых, и это обеспечивает некоторые преимущества, связанные с направленностью излучения ($42). Излучатель периодически посылает короткие сигналы ультразвуковой частоты, а приемник принимает н автоматически записывает на ленте запаздывание сигналов, отраженных от морского дна, т. е. записывает в определенном масштабе глубину моря. В результате при движении корабля на ленте записывается профиль морского дна.
Измеряя р а з н о с т и между временами прихода какого-либо отрывистого звука (взрыв, выстрел) в т р и различных пункта наблюдения, можно определить местонахождение источника этого звука. Такой способ, называемый звукожетрией, применяется в военном деле для засечки артиллерийских батарей противника. $ 36. Поперечные волны в шнуре.
Мы перейдем теперь к более подробному изучению механических волн. Их свойства зависят от многих обстоятельств: от вида связи между смежными участками среды, от размеров среды (например, в теле ограниченных размеров картина распространения будет иная, чем в среде, простирающейся во все стороны практически неограниченно, как окружающий нас воздух), от формы тела и т.
п. В этом и следующем параграфах мы в) б) б) познакомимся с двумя видами упругих волн — поперечными и продольными Рис. 68. Движение „, нжуру. а) изгиб «бежит> Подвесим за один конец длинный вверх; б) изгиб нвс- шнур или резиновую трубку. Если нижне отражения вез- ний конец шнура быстро отвести в сторону' и вернуть обратно, то изгиб «побежит» по шнуру вверх (рис. 68, а), дойдя до точки подвеса отразится и вернется вниз (рис. 68, б).
Если двигать нижний конец шнура непрерывно, заставляя его совершать гармоническое колебание, то по шнуру «побежит» синусоидальная волна (рнс. 68, в). Она тоже будет отражаться от точки подвеса, но явления, получавшиеся в результате этого отражения, мы разберем позднее (Я 46, 47). 94 Когда мы говорим, что волна или одиночный изгиб шнура «бежит вдоль по шнуру», то это лишь краткое описание следующего явления: каждая точка шнура совершает такое же колебание, какое мы заставили совершать нижний конец шнура, но колебание каждой точки тем больше з а п а з д ы в а е т (отстает по фазе), чем эта точка дальше от конца шнура. Рис. 89 поясняет к и н е м а т и к у процесса передачи колебаний от точки к точке.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
