О неслышимых звуках - [12]
Такие же явления наблюдаются и в жидкостях. Налейте в стакан теплой воды и, расположив позади стакана книгу, добавьте осторожно холодной и, следовательно, более плотной воды. Сейчас же возникнут струйки с иными оптическими свойствами. Наличие этих струек приведет к тому, что буквы на странице, рассматриваемой через стакан с водой, покажутся нам колеблющимися, расплывающимися.
Если осветить стакан свечой, то на теневом изображении эти струйки будут ясно различимы.
При распространении звуковой волны происходят, как мы знаем, попеременные сжатия и разряжения воздуха, то есть изменения, аналогичные тем, о которых мы говорили в предыдущем опыте. Следовательно, теневое изображение звуковой волны можно получить так же, как изображение водяных струй, температура которых различна. При этом надо только помнить, что в проходящей звуковой волне сжатия и разрежения чередуются чрезвычайно быстро. Если мы хотим получить изображение волны, то должны осветить ее в течение очень короткого промежутка времени, пока распределение давления не успело значительно измениться. Практически для получения изображения звуковых волн пользуются прерывистым светом, который вспыхивает с той же частотой, с какой колеблется кварцевая пластинка. Вспышки света совпадают при этом с одним и тем же положением колеблющейся пластинки, так что изображение звуковой волны на экране как бы «застывает» и получается четким.
Заменив экран фотографической пластинкой, звуковую волну можно сфотографировать.
Эти особенности волн позволили советским ученым С. Н. Ржевкину и С. И. Кречмеру применить ультразвуки для изучения на моделях акустических свойств различных построек: концертных залов, аудиторий и т. п.
На рис. 23 изображено распространение волны, на пути которой расположена колонна. Хорошо видна «акустическая тень»— темное место за колонной. В зоне акустической тени звук будет ослаблен. Таким методом можно решать самые различные задачи архитектурной акустики.
Изучая на небольшой модели акустические свойства проектируемого концертного зала или театра, нельзя пользоваться обычными звуковыми волнами. Поведение волны, проходящей через отверстие в преграде или встречающей на своем пути препятствие, как мы уже знаем, определяется соотношением между длиною волны и размерами отверстия или препятствия. Поэтому при моделировании необходимо уменьшить длину волны звука пропорционально уменьшению размеров сооружения. Применяя ультразвуковые волны, длина которых очень мала, можно делать и модели небольших размеров.
Но как же получить прерывистое освещение такой большой частоты, которая соответствовала бы частоте ультразвуковых волн?
Если изменение яркости света должно происходить не слишком быстро, то можно воспользоваться обычной электрической лампочкой, изменяя напряжение питающего тока. Там же, где яркость света должна меняться очень быстро, способ этот непригоден, так как за короткий промежуток времени раскаленная нить лампочки не будет успевать охлаждаться и яркость света будет оставаться практически постоянной.
Для электрического освещения обычно пользуются переменным током, напряжение которого 100 раз в секунду уменьшается до нуля, и все же никаких изменений в яркости света при этом не наблюдается. Даже за этот большой по сравнению с продолжительностью ультразвуковых колебаний промежуток времени нить не успевает охладиться.
Необходимость быстро изменять, или, как говорят, модулировать, силу света часто возникает в технике: при записи звука, в телевидении, при изучении работы быстродвижущихся частей машин и т. д.
Решить эту важную задачу можно опять-таки с помощью ультразвука.
Для быстрых изменений яркости света можно воспользоваться изменением оптических свойств вещества при распространении ультразвука. На рис. 24 изображена одна из возможных схем ультразвукового модулирования света. Световые лучи, расходящиеся от источника света Л, линзой О>1 превращаются в параллельный пучок лучей, который, пройдя через стеклянную ванночку K, собирается линзой О>2 в фокусе Ф. Экран Э преграждает лучам дальнейший путь. Ванночка K наполнена прозрачной жидкостью, в которой находится пьезоэлектрическая пластинка. Если заставить пластинку совершать колебания и создать в жидкости ультразвуковую волну, то жидкость сделается оптически неоднородной. Оптическая неоднородность жидкости заставит световые лучи изменить свой путь. Некоторая часть лучей уже не соберется в фокусе Ф и не будет поэтому задержана экраном. Чем больше будет интенсивность ультразвука, тем больше лучей минует экран. Интенсивность ультразвука в свою очередь зависит от электрического напряжения, которое подводится к пьезоэлектрическому излучателю. Изменяя электрическое напряжение, можно менять интенсивность ультразвуковых колебаний и, следовательно, модулировать яркость освещения за экраном.
Недавно модулирование света с помощью ультразвука использовали в сигнализаторе для передачи секретных донесений. Изменения силы света, вызываемые ультразвуковыми колебаниями, посылались наблюдателю, вооруженному телескопом. В телескопе световые лучи падали на фотоэлемент, превращавший их в электрический ток. Чем больше была сила света, тем сильнее был ток. Изменения в силе тока позволяли расшифровать принятый сигнал. Днем сигналы можно было передавать километра на три, а ночью — почти на пять.
