Техника - молодёжи 1944-10-11, страница 28

«Сэр Генри легко приподнял гранитную глыбу и, перепрыгнув через .100-метровую пропасть, водрузил ее на небольшой. холм.

— А вон лежит еще подходящий (валун!—крикнул он, и двое его помощников втащили на холм камень величиной с трехэтажный дом.

Здесь мы сложим памятник человеческому гению... — начал оратор».

Прочтя этот или подобный этому отрывок, каждый из вас скажет: все это совершенно невозможно на Земле. Фантазия автора перенесла нас, наверно, на другое небесное тело, быть на

Луну, где сила тяжести во много раз меньше, чем на нашей планете.

Здравый смысл, повседневный опыт, а также и строгие выводы из точных физических экспериментов говорят нам о том, что между усилием и результатом, между внешней силой, приложенной к телу, и ее действием существует определенное соотношение.

Сила наших мускулов достаточна, чтобы поднять 70—100 килограммов, но 10 тонн (мы поднять не можем.

Чтобы выбросить снаряд большого калибра на много километров, надо заложить в дуло орудия больше -взрывчатого вещества, чем в ружейный патрон.

Если ветер валит большие деревья, значит он обладает большой силой. А если .ветер только сгибает тонкие ветки, мы с уверенностью говорим, что сила его незначительна. Такого рода примеров легко привести сколько угодно.

Вот почему во всех случаях отклонения от нехшсанного закона — соответствия силы и ее действия — мы склонны видеть нечто чудесное* фантастическое. А <в то же время' в действительности мы живем в этом мире реальной фантастики.

Не так давно при сравнительно легком волнении на море, когда сила волн была (недостаточна и для того, чтобы разбить утлую ладью, пошел ко дну большой пароход. Его обшивка, способная выдержать удары океанских валов, разрушилась от ударов .незначительных волн, По мере того как волнение раскачивало пароход ©се больше и больше, его обшивка начала дрожать, вибрировать, как дека скрипки, когда музыкант проводит смычком !По струнам,— 'и вдруг скрепы и болты -вылетели из своих гнезд, обшивка корабли рассыпалась, и произошла катастрофа. В это же время другие, гораздо менее прочные суда спокойно покачивались на волнах...

Отряд конницы ехал по городу. Лошади были хорошо обучены. Раз — ударяли копыта (по настилу мостовой, два — наносили одновременный удар сотни лошадиных ног. Отряд благополучно миновал много старых, пришедших в ветхость¹ мостов, как вдруг заколебался и рухнул под догами лоща-дей прочный висячий мост, через который т раз благополучно с грохотом проезжала тяжелая артиллерия.

Это удивительное происшествие оду-ось в Петербурге лет назад.

Незадолго до первой мировой -войны в окрестностях Берлина обрушилась 250-метровая железная радиомачта. Ка

тастрофа была вызвана тем, что ее раскачали порывы штормового ветра. При этом прочность мачты была достаточной, чтобы выдержать напор самогс сильного урагана.

Чтобы заставить зазвучать туго натянутую струну, надо употребить порядочное усилие. Но вот певец наклоняется над рошш и шет какую-нибудь ноту. В ответ начинает петь струна, -правда, только одна струна, та, которая при своих колебаниях издает такую же «ноту. Но сила воздушных колебаний, порожденных голосом певца, в сотни тысяч раз меньше, чем то минимальное усилие руки, которое едва способно заставить задрожать стальную струну.

Итак, волны на море и звуковые волны, распространяющиеся в воздухе, рит-мАческие удары, порождающие колебания моста и порывы- ветра, вызывают совершенно особое, необычное по селе воздействие. Однако они оказывают это воздействие не на все, а только на некоторые тела. Это явление называется резонансом. Значение его огромно. Объяснение простейших случаев резонанса не представляет никакого труда.

Большинство тел, выведенных из равновесия какой-либо силой, некоторое время колеблется и лишь посте денно возвращается ,в состояние покоя. При этом колебания тел происходят в определенном ритме; время качания маятника, например, при данной его длине строго постоянно. Этот ритм, эта частота колебаний тела называется¹ частотой его собственных колебаний.

Конечно, тело можно заставить с помощью внешней силы колебаться к с мной частотой. Мы можем рукой раскачивать маятник и один раз и десять раз в секунду. Удары волн могут вызвать колебания обшивки корабля и в ином ритме, чем колеблется эта обшивка после прекращения действия -внешней силы. И вот во всех тех случаях, когда ритм собственных колебаний не совпадает с ритмом внешних ударов, с частотою вынужденных колебаний, тело выходит из состояния равновесия в строгом соответствии с силой внешнего воздействия, Но чем ближе совпадают ритмы вынужденных и собственных колебаний, тем больше становится амплитуда колебаний тела.

В чем же физическая суть резонанса? Почему малые силы вообще могут вызвать большой эффект?

Большая амплитуда колебаний тела означает большую энергию колебательного движения. Но большую энергию можно ссз-рбщить телу с помощью маленькой силы (а значит, и маленькой мощности) при длительном воздействии на колеблющуюся систему, И вот оказывается, что механизм колебательного движения таря резонансе дает нам возможность за каждый период колебаний системы передать ей некоторую порцию энергии. Благодаря этому с течением времени энергия» системы будет все

увеличиваться и увеличиваться, а амплитуда колебаний будет все возрастать и возрастать.

В практической жижи приходится считаться и, если нужно, использовать два свойства резонанса: во-первых, его способность усиливать колебания, увеличивать их амплитуду, и, во-вторых, свойство резонанса, «выбирать» из множества падающих! на тело колебаний те, которые совпадают или близки к собственному колебанию Тела.

Резонанс вызывают любые колебательные процессы. До сих пор мы говорили о механических системах, о колебаниях частиц материи: о волнах, в воде, в воздухе, is' твердом теле. Но свет и радиоволны тоже относятся к волновым явлениям. И поэтому и радиоволны вызывают резонанс. Но в чем? Конечно, не в обшивке корабля, не в струнах, не в стальной башне, а <а такой системе, которая сама способна излучать* генерировать электромагнитные волны. Иными словами, в такой системе, которая обладает соответствующей частотой собственных электромагнитных колебаний.

Во всяком радиоприемнике существует колебательный контур. Настройка приемника заключается в том, что, меняя емкость контура, мы придаем ему иную частоту колебаний, соответствующую волне той станции,- которую мы хотим услышать. И тогда среди тысяч воли разной длины,' падающих на антенну приемника,, резонанс в колебательном контуре «выбирает» и усиливает только одну¹ волну. И ® громком звучании «пойманной» станции тонут тогда слабые звуки других станций, волны которых не резонируют «в приемнике. Так используют резонанс. Но с резонансом приходится и бороться.

Для устранения возможности катастроф от резонанса, подобных- тем, что были описаны -выше, приходится рассчитывать собственные колебания сооружений так, чтобы ни при каких условиях они «не могли бы совпасть с ритмом внешних колебаний. Можно сделать и так,, что «в разных своих частях мост, или башня, или обшивка корабля будут иметь разную частоту собственных! колебаний. И тогда т одно внешнее колебание не сможет заставить задрожать и раскачаться всю железную громаду «моста или башни.

Существует я иной способ борьбы с резонансом. Колебания тела по прекращении действия внешней силы постепенно затухают. Чем сильнее трение и другие задерживающие колебания силы, тем скорее происходит затухтние. тем «независимее» oi внешних воздействий становится тело. В системах с большим затуханием резонанс незначителен. В радиоприемниках затухание контура подбирают такое, чтобы' резонанс существовал, но не «выбирал бы» из потока радиоволн только одну строг го определенную длину волны. Ни один передатчик не генерирует волны неизменной длины — для радиопередачи нужна целая «полоса» волн. И» приемник поэтому должен откликаться с примерно одинаковой силой на некоторую «полосу» волн, длины которых колеблются около средней длины волны — той, что называет диктор в начале передачи,.

Исследование резонанса было начато очень давно акустиками в связи с учением о музыке, о гармонии. Изучение многообразного, порою грозного явления резонанса продолжается и- в наши дни, потому что в огромном количестве приборов, в очень разных областях науки и техники используется (или уничтожаете» искусственно) способность тел и систем резонировать на волны овреде* ленной частоты»