Юный техник, 2000 № 04

Их можно устанавливать на столе. Но лучше использовать ванны с прозрачным дном. Учителя часто делают их самостоятельно, монтируя под откидной крышкой стола (рис. 3).

Если свет лампы пропускать через увеличительное стекло с нанесенными на него цветным прозрачным лаком для ногтей разноцветными — красной и синей — кольцевыми зонами, получится очень своеобразный эффект. Гребни и впадины волн получатся на экране разноцветными. Это не только красиво, но и делает более заметными волны малой высоты, особенно на наклонном экране. Но неплохо выглядит картина и на потолке.

Прерывая луч света с определенной частотой, картину движения волн можно замедлить, остановить и даже пустить вспять. Для этого луч света пропускают через обтюратор — вращающийся диск с прорезью. Этот диск установлен на универсальном электродвигателе, скорость вращения которого регулируется изменением питающего напряжения.

Теперь опишем несколько демонстраций. Для показа круговых волн и их интерференции в ванну наливают слой воды глубиною 0,5 см.

Дно ванны при помощи уравнительных винтов или подкладок выставляют строго горизонтально. Следует обратить внимание на края ванны. У ванн с зеркальным дном они делаются пологими. Благодаря этому достигающие их волны не отражаются, а затухают. В самодельных ваннах края обычно прямоугольные. Отражение волн от них портит наблюдаемую картину. Для устранения отражений края ванн обкладывают толстой рыхлой тканью или сукном. На краю ванны устанавливают стандартный вибратор с плоской пружиной, который приводят в действие пальцем.

Существуют и механические вибраторы, работающие от миниатюрных электродвигателей постоянного тока, допускающих регулировку скорости вращения при помощи реостата.

Очень удобен вибратор из миниатюрного реле (РЭС-10,13) со снятым корпусом (рис. 4).

Соединяя последовательно катушку и нормально замкнутые контакты, его переводят в автоколебательный режим.

Стандартный вибратор имеет различные насадки с шариками, служащие для образования круговых волн. С ними легко получить картины интерференции. Регулируя частоту прерывания света, можно замедлить их движение вплоть до остановки, что позволит разглядеть картину в подробностях. Полезно, немного наклонив вибратор, получить сдвиг фаз между волнами и обратить внимание на изменение положений максимумов в интерференционной картине. Наблюдаемый эффект уместен для иллюстрации рассказа о радиолокаторах с фазированными антенными решетками.

Как мы уже сказали, изменением частоты прерывания света можно получить обратное движение волн. Вопреки бытующему мнению эта картина имеет физический смысл. В этом случае излучатели изображают систему синхронных приемников, работающих с одинаковой частотой и фазой. При этом происходит прием сигналов от источников, расположенных в зонах интерференционного максимума. В частности, на таком принципе работает акустическая антенна пассивного звуколокатора подводной лодки.

Теперь о демонстрации прохождения волн через линзы.

На дно ванны положите плоскую модель линзы от прибора «оптическая шайба Гартля». Залейте в ванну воды, так чтобы она была выше линзы на 4–5 мм. Используя в качестве излучателя плоскую пластину, можно получить параллельный пучок волн с плоским фронтом (рис. 5).

Рис. 5

Облучая им модель собирающей линзы, при стробоскопическом замедлении картины можно заметить, как скорость волн над линзой уменьшается и как это замедление приводит к наибольшему отставанию в центре линзы. Фронт волны изгибается, и получается сходящийся пучок волн. На псевдоцветной проекции можно хорошо разглядеть увеличение высоты волн в фокусе.

А теперь попробуйте поставить, казалось бы, абсурдный опыт. Поставьте модель плоско-выпуклой линзы на попа и облучите ее плоской, по возможности короткой волной. Вы вновь получите пучок сходящихся волн (рис. 6).

Объяснить его физический смысл нетрудно, зная о зависимости скорости волн от глубины. Опыт иллюстрирует принципы так называемой градиентной оптики.

Речь идет о новых типах линз, представляющих собою плоскую пластину, в которой коэффициент преломления стекла симметрично меняется (имеет градиент) относительно центра. Пока линзы, основанные на этом принципе, можно увидеть лишь в лабораториях. Однако метод градиента преломления широко применяется в некоторых изделиях декоративного искусства.

Вы наверняка встречали дверные и оконные стекла, через которые прекрасно проходит свет, но все искажается так, что ничего не разглядишь. Издали они похожи на грубо отесанный кусок льда. Но подойдите и пощупайте — перед вами плоские пластины…

Волновая ванна позволяет наглядно и в динамике показать удивительно много физических процессов, лежащих в основе важнейших устройств современной техники. Не исключено, что работа с ней может привести к большим и малым открытиям и изобретениям. Поэтому такой прибор особенно ценен для физического кружка в современной не слишком богатой приборами школе.

Тому, кто захочет серьезно заняться этим делом, советуем прочесть интересную книгу.

Роберт Вихард Голь. Механика, акустика и учение о теплоте. Учебник издавался у нас с 1953-го и, по крайней мере, до 1971 года. На случай, если будет возможность выбора, учтите: в ранних изданиях есть много очень интересных, выпущенных позже мест…

А. ВАРГИН

Рисунки автора

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ

Не все комар, что пищит

Летом иногда даже в средней полосе нет спасенья от комаров, что же говорить о Сибири и Заполярье, где даже у привычных к ним местных жителей трудоспособность снижается более чем вдвое, резко уменьшаются привес и надои скота. Можно было бы комара вовсе уничтожить, но он нужен живой природе. Известны случаи, когда после уничтожения комаров исчезали птицы и звери, а леса гибли от гусениц.

Поэтому приходится лишь отгонять комаров от людей и домашних животных. И здесь помогает радиоэлектроника.

Генератором электрических колебаний ультразвукового диапазона (рис. 1) служит мультивибратор, построенный на логических ячейках микросхемы DD2, нагруженной пьезоэлектрическим звукоизлучателем BQ1.

Рис. 1

Характер излучения задается генератором инфранизких колебаний, в котором работает микросхема DD1 совместно с времязадающей цепочкой R1, R2, С1. Связь между обоими генераторами выполнена с определенной «изюминкой»: узел DD1 осуществляет периодическое питание ультразвукового генератора через диод VD1 и конденсатор С2. Когда на выходе 3 микросхемы DD1 возникает прямоугольный импульс напряжения, происходит быстрый заряд конденсатора С2; одновременно начинает действовать высокочастотный генератор. По окончании импульса конденсатор С2 оказывается разобщенным с выходом DD1 благодаря диоду VD1. Питание «комариного» генератора продолжается еще некоторое время падающим напряжением разряда конденсатора, отчего частота импульсов генератора может плавно изменяться. Весьма вероятно, что в этом диапазоне излучений находятся сигналы тревоги, способные отпугивать комаров или еще кого-нибудь из кусачего сообщества. Эффективность действия устройства следует проверять, направляя его излучение на густо роящихся насекомых.

Для сборки конструкции можно использовать постоянные резисторы МЛТ-0,125 или более мощные, переменный — СП-0,4; конденсаторы типа КЛС или МБМ (СЗ) и оксидные К50-6 остальные. «Цоколевка» примененных микросхем приведена на рисунке 2.

В роли ультразвукового излучателя взят пьезоэлектрический микрофон типа УМ-1.

Времязадающая цепочка генератора на DD2 имеет переменный резистор R7, позволяющий регулировать частоту в пределах 10…50 кГц. Примененный для воспроизведения излучатель имеет собственную резонансную частоту, на которой интенсивность излучения максимальна. Наряду с основной бывают побочные резонансные частоты. Настройку генератора в резонанс с излучателем можно проводить, присоединив к резистору R8 вход осциллографа: в момент резонанса амплитуда колебаний напряжения на экране значительно возрастает. Тем не менее, наряду с резонансными частотами в процессе экспериментов следует проверить влияние на жалящую «биомассу» ряда промежуточных частот во всем рабочем диапазоне. Во время экспериментов желательно вести записи с характеристикой этих условий — места, наличия освещения, температурной обстановки, условных делений на шкале при регуляторе R7. Ну, конечно, и расстояний, на которых, возможно, будет заметно проявляться влияние излучения.