О неслышимых звуках - [36]
Измерив длину испытуемого образца, легко вычислить скорость звука, а зная последнюю, можно найти модуль упругости данного вещества.
Для той же цели часто пользуются и другим способом.
Испытуемый образец — длинный стерженек — зажимают в особом штативе, как изображено на рис. 57. К нижней части стерженька подводят возбудитель звуковых колебаний переменной частоты.
Под влиянием возбудителя стерженек начинает колебаться. Расположив в верхней части специальный приемник и соединив его через усилитель с осциллографом, следят за возникшими колебаниями.
Плавно изменяя частоту колебаний возбудителя, мы заметим, что интенсивность колебаний стерженька будет изменяться. При совершенно определенной для данного образца частоте его колебания будут наиболее мощными. Эта частота, как мы знаем, будет резонансной частотой, или частотой собственных колебаний.
При резонансной частоте амплитуда колебаний на экране осциллографа делается максимальной.
Определив частоту собственных колебаний тела и зная его форму и размеры, можно вычислить скорость звука в нем и упругие характеристики материала.
Если из исследуемого вещества трудно или невозможно приготовить длинный стерженек, то можно сделать коротенький и приклеить его к длинному стержню из другого материала. Определив частоту собственных колебаний склеенного образца и зная упругие свойства материала, из которого сделан длинный стержень, можно найти скорость звука и в исследуемом коротком стерженьке. Таким способом можно узнать скорость звука в самых различных материалах и, следовательно, определить их упругие свойства.
В настоящее время акустические способы особенно широко применяются при изучении упругих свойств различных сортов каучука и пластических масс.
Объясняется это тем, что упругие свойства этих материалов зависят от того, с какой скоростью мы их сжимаем или растягиваем.
Когда автомобиль едет по гладкому шоссе, резина, из которой сделаны шины, сжимается быстрее или медленнее в зависимости от скорости движения. При этом упругие свойства шин могут изменяться. Это означает, что упругость шины зависит от скорости движения автомобиля. Материал, обладающий прекрасными свойствами при малых скоростях, может оказаться непригодным при больших скоростях. Огромное значение для практических целей имеет поэтому установление связи между упругими свойствами вещества и скоростью изменения формы, то есть скоростью, с которой происходит сжатие или растяжение образца. В исследованиях подобного рода на помощь снова привлекают ультразвук. Производя измерения скорости ультразвука при разных частотах, можно найти искомую зависимость.
Немногие отдают себе отчет в том, насколько сложна работа современного завода, современной машины или аппарата. На рис. 58 центральный пульт управления первой в мире атомной электростанции. Десятки приборов зорко следят за работой всех аппаратов и механизмов, начиная от самого простого и кончая самым сложным.
Особенно часто в технике приходится следить за температурой. Поднимется иной раз температура выше, чем следует, и погибнет сложный и дорогой продукт, погибнет труд десятков, а то и сотен людей. Много разнообразных приборов создали ученые для измерения температуры. Среди них и различные термометры, похожие на те «градусники», с помощью которых мы измеряем температуру нашего тела, и весьма сложные оптико-электрические термометры, предназначенные специально для измерения очень высоких температур. И все же, несмотря на обилие приборов, бывают случаи, когда инженер или исследователь становится в тупик, не зная, как измерить температуру, хотя сделать это для него очень важно. С таким положением приходится сталкиваться при изучении работы двигателей внутреннего сгорания, тех двигателей, которые мчат самолеты и автомобили, заставляют теплоходы пересекать моря и океаны, движут по стальным рельсам тяжелые составы.
На первый взгляд, задача как будто бы не сложна: ведь изменения температуры в двигателе не очень велики. При поступлении горючей смеси в цилиндр двигателя она имеет примерно комнатную температуру, а после сгорания ее температура поднимается до двух с небольшим тысяч градусов. Однако всем обычным приборам для измерения температуры свойствен общий недостаток, делающий их непригодными для того, чтобы следить за изменением температуры в двигателе.
Измеряя температуру тела, вы держите термометр под мышкой 5 или 10 минут. Почему необходимо держать термометр так долго и что произойдет, если его вынуть через полминуты или даже через минуту? Легко убедиться, что обычный термометр в этом случае вообще ничего не покажет: ртуть не успеет подняться до нижней отметки термометра. Пять или десять минут, которые мы держим термометр, необходимы для того, чтобы его температура сравнялась с температурой нашего тела.
Можно построить приборы, в которых температура будет выравниваться гораздо быстрее, но все же они будут непригодны для измерения температур в цилиндрах двигателя. Дело в том, что в двигателе изменение температуры происходит в ничтожные доли секунды, так что скорость ее изменения достигает десятков тысяч градусов в секунду, и не существует такого термометра, который успел бы зафиксировать эти изменения.
