Занимательная физика на войне
Шрифт:
Задача решается просто. Свет распространяется в пределах земли мгновенно, звук же сравнительно медленно. Если знать, через сколько секунд слышен звук выстрела после того, как был виден этот выстрел, то можно быстро вычислить расстояние до орудия.
Положим, между вспышкой выстрела и звуком его прошло для наблюдателя 4 секунды. В одну секунду звук проходит 330 метров, значит, в 4 секунды он пройдет 1320 метров. Очевидно, стреляющее орудие удалено от наблюдателя на 1320 метров [30] .
30
Между прочим, таким именно способом впервые
Как видим, все дело сводится к определению времени между вспышкой и звуком выстрела. Кроме известного всем «секундомера», который дорог и часто портится в условиях войны, иногда применяют с этой целью особый «звуковой дальномер» (рис. 24).
Рис. 24. Звуковой дальномер.
В небольшой стеклянной трубке, наполненной бензином, помещен указатель, почти плотно прилегающий к стенкам трубки. Если трубку поставить вертикально, указатель медленно падает. Деления на трубке рассчитаны так, что сразу показывают расстояние до стреляющего орудия, если трубка стояла вертикально в промежуток времени между вспышкой и звуком выстрела. Однако ни при каких приборах этим способом точно места стояния орудия не определишь, в особенности, если не принимать во внимание различной скорости звука при различной плотности воздуха.
До сих пор мы говорили, что звук распространяется в воздухе со скоростью около 330 метров в секунду. В действительности это справедливо лишь для сухого воздуха при температуре 0°. При температуре же—30° скорость звука в сухом воздухе уже 313 метров в сек., а при +30° — 349 м в секунду. Разница, как видим, не такая уж малая. Усиление влажности ускоряет распространение звука, всякое уплотнение воздуха (повышение давления, уменьшение температуры, уменьшение влажности) уменьшает скорость его распространения. Если желают получить более точный результат, пользуются особыми таблицами скорости распространения звука при различных условиях.
Задачи: 1) Наблюдатель слышит звук выстрела орудия через 7 сек. после его вспышки. Скорость звука в этот момент по таблицам равна 345 метрам в сек. Как далеко стоит орудие от наблюдателя?
2) Два наблюдателя видят вспышки орудия и замечают, что звук выстрела дошел до первого через 3 сек., а до второго через 10 сек. Где стоит орудие, если скорость звука равна 320 м в секунду, а наблюдатели удалены друг от друга на 640 метров?
Побежденная темнота
Днем воздушный враг (аэростат, аэроплан) обычно виден с земли. Виден, значит, уж не так опасен: можно с ним бороться обстрелом, можно от него укрыться. Ночью же увидеть врага в небе гораздо труднее. Правда, мы научились ночь превращать в день и умеем прожекторами [31] освещать пространство на большие расстояния. Но луч прожектора узок, поэтому разыскивать маленький самолет в беспредельном небе очень трудно. Невидим бывает воздушный корабль и днем в тех случаях, когда он летит над облаками.
31
Прожектор — это большой фонарь (силой до 2 миллиардов свечей), направляющий узкий пучок света с помощью вогнутого зеркала (рефлектора) и освещающий пространство на расстоянии 12–15 км.
Вот тут-то на помощь опять приходит звук. Шум моторов и в
Приборы для осуществления этого бывают двух основных типов: 1) основанные на восприятии звуков двумя ушами и 2) действующие по принципу вогнутых зеркал.
Каждый человек и почти все животные имеют два уха. Это не только усиливает ощущения звука, но и позволяет судить о направлении, откуда звук исходит.
Стоит повернуться правым ухом к источнику звука (на открытом воздухе) — и тотчас заметишь, что левое ухо слышит этот звук много слабее. Лошадь поэтому «прядет» ушами, слыша незнакомый звук. Все другие животные или поворачиваются сами в сторону звука или поворачивают ушные раковины. Люди также инстинктивно определяют направление на источник звука по силе восприятия его каждым ухом. Однако без приборов мы вообще не очень точно определяем направление на звук, а если звуки слабые, то и вовсе не разберемся, откуда они исходят. Поэтому для определения направления на летящий аэроплан устраивают ряд больших рупоров на особой подставке (рис. 25).
Рис. 25. Звукоулавливатель рупорный. Левый слухач определяет направление по высоте, правый — боковое.
Часть рупоров трубками соединяют с правым ухом наблюдателя, а другую часть с левым ухом того же наблюдателя. Благодаря рупорам звук слышен яснее, а большое расстояние между рупорами позволяет точнее определять направление. Вся установка легко вращается как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях, причем углы поворотов измеряются по особым лимбам. Для большей точности на один прибор ставят двух слухачей, из которых один слушает пару горизонтальных, а другой— пару вертикальных рупоров. Для еще большего усиления звуков в рупоры вставляют микрофоны [32] .
32
Микрофон — особый угольный прибор, воспринимающий самые слабые звуки и с помощью электротока делающий их ясно слышимыми. Микрофон есть в каждом телефонном аппарате.
Иногда вовсе обходятся без рупоров, устанавливая одни лишь чувствительные микрофоны (рис. 26).
Рис. 26. Звукоулавливатель микрофонный (телеситометр). Левый слухач определяет направление по высоте, правый — боковое.
Но принцип и тут остается тот же: направление определяют по слышимости звука двумя ушами.
Звуки отражаются, как всякие волны. Отражением звуков объясняется знакомое всем эхо. На явлении отражения звуков основано устройство всех рупоров.
Пользуясь этим же отражением звуков, можно собрать звуковые волны в одну точку большим вогнутым зеркалом (зеркало здесь не стеклянное, а чаще металлическое). Известно, что у вогнутого зеркала есть особая точка — фокус, где собираются все отраженные от него параллельные оси зеркала волны (лучи света, волны звука, «тепловые» лучи). Поэтому, если в фокусе зеркала поместить приемник звука (обычно, микрофон), то сильный звук услышим лишь при направлении оси зеркала на источник. Вращая зеркало, добиваются лучшей слышимости звука и тем самым определяют направление на него (рис. 27).