Звук за работой - [19]
Прибор, пригодный для измерения небольших глубин, не более 150 метров, создал в 1912 году немецкий физик Бем. Это был первый эхолот; он принимал отраженный дном звук разорвавшегося на одном из бортов корабля патрона.
В приемник, расположенный на другом борту, поступала только отраженная звуковая волна.
В Америке в это время пользовались эхолотом, который изобрел физик Хейс. Отличался он от эхолота Бема тем, что источник звука посылал короткие сигналы, а приемник принимал прямые сигналы от источника и сигналы, отраженные дном.
Сигнал, отраженный от дна, приходил в приемник позже, чем прямой. Но если они посылались через определенные промежутки времени, то можно было добиться того, что отраженный сигнал приходил в приемник в тот момент, когда приходил какой-нибудь прямой. В этом случае, зная промежуток времени, через который приемником воспринимались прямые сигналы, можно было определить глубину моря.
Оба типа эхолотов в техническом отношении были далеки от совершенства.
Прежде всего потому, что эхо от дна можно было уловить только на малых глубинах. На большой глубине звук терялся, так как отраженный сигнал был очень слабым.
Излучатель эхолота должен посылать звук по одному направлению, отдавая всю энергию в «звуковой луч», а не распылять ее по всем направлениям.
Геометрический размер поверхности излучателя, который способен создать «звуковой луч», должен быть в несколько раз больше длины волны излучаемого звука.
Но самая короткая длина волны слышимого звука в воде будет, при условии, что излучатель делает 16 тысяч колебаний в секунду, чуть меньше 10 сантиметров.
Поперечник излучателя «звукового луча» в этом наилучшем случае должен быть около метра. Такой излучатель очень неудобен в обращении, тем более что получение механических колебаний частоты 16 тысяч герц — довольно сложная задача.
Эти причины принципиально не позволяли технически совершенствовать эхолоты.
Эхо от глубокого дна можно было получить, используя звуковые волны, которые лежат за порогом слышимости. Нужен был ультразвук.
Ультразвуковые волны излучаются излучателем малых размеров. Кроме того, ультразвуковую волну легко направить в нужном направлении. Но самое главное заключается в том, что ультразвуковые волны меньше поглощаются водой.
Гидролокатор представляет собой устройство, которое состоит из излучателя колебаний и приемника их. Звуковой луч, посланный излучателем, натыкаясь на препятствие, отражается в обратном направлении и принимается звукоприемником. Улавливая его, определяют расстояние до препятствия. Ощупывая звуковым лучом глубины моря, стало возможным легко определить не только наличие препятствия, но и его форму.
Блок-схема гидролокатора
Лишь после того, как французский ученый Ланжевен предложил использовать ультразвук, гидролокация стала так широко применяться. Об успехах гидролокатора говорит тот факт, что много затонувших кораблей было найдено ультразвуковым лучом.
Так был обнаружен потопленный немцами в первую мировую войну корабль «Лузитания».
Во время морских войн гидролокаторы на надводных кораблях обнаруживают подводные лодки, а гидролокаторы на подводных лодках — надводные корабли. При этом подводной лодке нет надобности всплывать на поверхность моря, осматривать горизонт и тем самым обнаруживать себя. Усовершенствованный гидролокатор позволяет обнаружить препятствие, определить расстояние до него, его положение в море.
Ну, а теперь вернемся поскорее к летучей мыши, которую мы надолго забросили. Ее свободное поведение ночью натолкнуло исследователей на мысль, что летучая мышь обладает локационным устройством.
Запись ультразвуков летучей мыши
И действительно, ученые обнаружили, что их смелые предположения правильны. Летучая мышь пользуется ультразвуком и с помощью локации легко обнаруживает невидимые препятствия. Анатомические исследования летучей мыши показали, что у нее имеется устройство, излучающее через определенные промежутки времени короткие ультразвуковые сигналы, имеется и приемник отраженных сигналов. Меняя длительность промежутка времени при излучении, ей удается определить расстояние до препятствия. Это и объясняет смелость полетов летучей мыши в темноте и ее удачную охоту. Летучую мышь изловили и заставили… спеть. Звуки этой «песни» оказались не чем иным, как короткими импульсами ультразвуковых волн.
Такими же свойствами, как было замечено, обладает и крохотная птичка колибри.
Схема действия гидролокатора
Устройство интереснейшего прибора — ультразвукового дефектоскопа — основано на отражении ультразвукового луча от неоднородностей внутри металла; здесь опять-таки наблюдается своеобразное неслышимое «эхо». Этот прибор был создан впервые профессором Ленинградского политехнического института С. Я. Соколовым. С его помощью можно обнаружить дефекты, расположенные на расстоянии от 5 миллиметров до 3 метров от поверхности металла.
Схема работы отражательного дефектоскопа
Дефектоскоп Соколова — небольшой, весьма точный прибор. На экране этого прибора, напоминающем телевизионный, можно определять расстояние от поверхности металла до имеющихся внутри него дефектов. Дефектами в металле могут быть раковины, образующиеся при отливке, трещины и т. п. Дефектоскопом удобно проверять и готовые изделия. Однако дефектоскоп лишь позволяет определить наличие дефекта и найти расстояние до него от поверхности, что, естественно, не может во всех случаях удовлетворить потребности производства. Иногда необходимо точно знать форму и размер дефекта. Профессор С. Я. Соколов создал другой замечательный прибор — ультразвуковой микроскоп, при помощи которого стало возможным увидеть изъян, который обнаружен дефектоскопом. Ультразвуковой луч ощупывает дефект внутри металла, а на экране, как в телевизоре, можно видеть его изображение, форму и размеры.
