Текст книги "Юный техник, 2004 № 11"

Автор книги: Юный техник Журнал

сообщить о нарушении

Текущая страница: 5 (всего у книги 5 страниц)

Только для ушей собаки

Ультразвуковой свисток охотники-браконьеры изобрели сотни лет назад, но объяснить, почему его слышат собаки, но не слышат егеря, смогли гораздо позже. Лишь в XVII веке установили, что звук – это колебания воздуха. В XIX веке появились приборы, измеряющие частоту звуковых колебаний.

Английский ученый Френсис Гальтон в 1883 г. создал прибор, создающий звук точно заданной частоты (рис. 1), по конструкции напоминающий свисток.

Ф. Гальтон

С его помощью удалось выяснить, что ухо большинства людей слышит звуки частотой не более 20 000 Гц. Звуки же более высоких частот стали называть ультразвуками. Их слышат, например, кошки, собаки и лошади. Они воспринимают звуки с частотой 20–30 тыс. Гц, но все рекорды бьют летучие мыши. Для них и 70 тыс. Гц не предел.

Рис. 1. Свисток Гальтонаи его устройство

Сегодня браконьерам ультразвуковые свистки не нужны. Но они все же находят применение. В начале прошлого века известный дрессировщик М.А.Дуров показал в Москве на арене цирка лошадь, умевшую складывать и умножать целые числа и даже извлекать корни. Ответ она подавала ударом копыта. Более того, дрессировщика сажали за ширму, давали примеры в письменной форме, а лошадь воспринимала их телепатически и давала правильный ответ. Москва была потрясена.

Немного позабавившись, М.А.Дуров открыл свои секрет. В кармане артиста находилась резиновая груша со свистком Гальтона. Незаметно нажимая ее, маэстро подавал лошади сигнал, который не слышал никто, кроме нее. А она, знай свое дело, при этом постукивала копытом, что зрители принимали за цифровой код…

В годы Второй мировой войны японцы нашли свистку Гальтона более серьезное применение. В ходе войны на Тихом океане американцы не раз брали в плен небольшие японские суда. Команда сдавалась, оставляя целехоньким все самое главное: оружие, провиант, двигатели. Но раз за разом на капитанском мостике находили обломки какого-то прибора, состоявшего из жестяного рупора и трубок.

Американские разведчики, внимание которых давно привлекало умение японских судов согласованно действовать, не прибегая к каким-либо известным средствам связи, собрав воедино обломки разбитого на разных судах прибора, выяснили, что перед ними принципиально новое средство связи. В основе его был мощный ультразвуковой свисток, работавший на сжатом воздухе судового компрессора. При помощи специального устройства ультразвука изменялся в такт со звуковыми колебаниями голос капитана. Промодулированный ультразвук при помощи рупора направлялся адресату.

Принятый сигнал обрабатывали, вычитая несущую частоту, и становился слышен человеческий голос. Дальность действия такой системы связи достигала нескольких километров.

Но поговорим о конструкциях свистков. Начнем с самого простого (рис. 2).

Рис. 2. Судейский спортивный свисток.

Возьмите две полоски жести. Одну из них согните, как показано на рисунке, зигзагом, а другую – скобочкой и спаяйте между собой. Если зажать боковые отверстия изделия между большим и указательным пальцами и подуть в трубочку, может получиться свист. Если свисток молчит, придется заняться регулировкой. Она заключается в том, чтобы найти правильное положение относительно плоской трубочки конца цилиндрической части свистка.

Чистый и громкий свист получается, когда струя воздуха входит в цилиндрическую часть, делает по ней оборот и отклоняет вверх поток воздуха, выходящий из трубки. Течение в цилиндрической части прекращается, но через мгновение преграда исчезает; новая порция воздуха входит в цилиндрическую часть, делает по ней оборот, и все повторяется. В результате из щели свистка выходит поток воздуха, прерывающийся с большой частотой. Он и порождает звук.

После первого удачного опыта сделайте несколько свистков с цилиндрической частью разного диаметра от 5 до 20 мм. Чем меньше диаметр цилиндрической части, тем выше частота звука. Свисток диаметром менее 5 мм уже может давать ультразвук. Только вы его не услышите, поэтому налаживать такой свисток придется с осциллографом и микрофоном. Ультразвук вы увидите на экране в виде отрезка синусоиды. Регулировка свистка производится до получения максимальной ее амплитуды. Ну, а если нет осциллографа, постарайтесь найти общий язык с кошкой или собакой…

Описанный свисток прост в изготовлении и наладке. Но гораздо эффективнее цилиндрический свисток (рис. 3).

Рис. 3. Устройство гудка парохода.

При длине около метра он дает звук с частотой 100–150 Гц и сможет заменить гудок парохода. При длине же несколько миллиметров гудок превратится в свисток Гальтона частотой до 60 000 Гц.

На рисунке 4 вы видите ультразвуковой свисток, предназначенный для управления моделями. Он работает от резиновой груши и снабжен параболическим отражателем, направляющим звук на расстояние до 25 м. Обучив собаку реагировать на его звук, можно показывать с ней различные фокусы. Дело это непростое, поэтому на первых порах можно ограничиться простейшим свистком, а вместо собаки использовать электронную модель, описанную в рубрике ЗШР журнала.

А. ИЛЬИН

Рисунки автора

Рис. 4. Свисток для управления моделями:

_{1– регулировочный винт, 2– поршень; 3– резонатор (резонансная полость); 4– вставка, образующая кольцевую щель; 5– отражатель звука; 6– воздушная трубка.}

ЗАОЧНАЯ ШКОЛА РАДИОЭЛЕКТРОНИКИ
Свистни!

Для подачи простейших сигналов управления – зажечь или погасить лампу, включить мотор – можно применять ультразвук. С конструкцией ультразвукового свистка вы уже знакомы. Познакомьтесь же со схемой, улавливающей сигналы для управления игрушками (рис. 1).

Рис. 1

Чувствительным элементом здесь служит миниатюрный пьезоэлектрический преобразователь ВМ1 типа АК-076, работающий на частотах до 45 килогерц. Выработанный им электрический сигнал поступает на первый усилительный каскад, собранный на транзисторе VT1 по схеме с повышенным входным сопротивлением. Построение следующего каскада, с транзистором VT2, обеспечивает его работу в режиме реле. В коллекторе VT2 установлены два последовательно соединенных светодиода HL1 и HL2. Их, например, можно смонтировать на мордашке игрушечной кошки или собачки. С ней можно даже показывать простейшие фокусы. Ведь будут видеть лишь вспышку глаз, но при этом не услышат ультразвукового сигнала – побудительной причины такой реакции.

Заметим, что электропотребление узла во время ожидания свистка составляет около 1 мА, а при срабатывании узла оно возрастает до 20 мА. Так, что батарею питания GB1 можно составить из четырех гальванических элементов типоразмера АА. Благодаря малым токовым нагрузкам электрических цепей в конструкции можно использовать резисторы мощностью 0,125 Вт.

Кремниевый диод VD3 вроде бы не участвует в paботе узла. Его мы ввели на случай, если вам захочется дополнить «мерцание глаз» игрушечной кошечки мяуканьем. Оно формируется при помощи звукоимитатора «генератора мяу», показанного на рисунке 2.

Его основу составляет транзисторная сборка DA1, которую при желании можно заменить тройкой отдельных транзисторов типа КТ315. На этой базе собраны мультивибратор и RC-генератор звуковой частоты. Сформированный ими «мяукающий» сигнал усиливается выходным каскадом на транзисторе VT4, который нагружен электромагнитной головкой ВА1 с сопротивлением звуковой катушки 50…100 Ом.

Переходный трансформатор Т1 – от малогабаритного радиоприемника, его роль – ослабить влияние входного сопротивления усилительного каскада на работу звукоимитатора.

Подбирая номиналы элементов С5, С6, R12, R13, С7, можно регулировать частоту повторений «мяу», а также характер и тональность воспроизведения мяукания. Включение приставки происходит при отпирании ключевого транзистора VT300 (рис. 1) при реакции приемного узла на появление ультразвуковых колебаний. Ну, а если вашему устройству надлежит выполнять какую-либо более «серьезную», хозяйственную функцию, вместо звукового имитатора присоедините силовой коммутатор (рис. 3).

Рис. 3

В его качестве можно использовать сравнительно мощное электромагнитное реле К1 типа РЭС6 РФО.452.109 – оно позволяет управлять нагрузками, получающими питание от осветительной сети 220 В. Это может быть настольная лампа, люстра или даже мотор, открывающий ворота гаража.

Включение обмотки реле производится аналогично включению звукоимитатора, только для этого нужно использовать более сильноточный транзистор VT5. Вместо гальванических элементов понадобится адаптер G1 с выходным током до 200 мА.

Коммутатор может работать в двух режимах – повторно-кратковременным, пока действует ультразвуковой сигнал, и с «запоминанием» полученной команды на включение. Выбрать режим позволяет тумблер SA2.

Для фиксации команды достаточно замкнуть его контакты. В этом случае замкнувшиеся контакты 1, 3реле ставят его на самоудержание.

Ю. ПРОКОПЦЕВ

ЧИТАТЕЛЬСКИЙ КЛУБ

Вопрос – ответ

Говорят, в скором времени наша страна перейдет с нынешнего аналогового телевидения ни цифровое. Что же, всем придется выбрасывать свои телевизоры и покупать новые?

Игорь Свешников, 12 лет,

г. Нижний Новгород

Да, правительством нашей страны принято решение о переходе на более качественный, цифровой, стандарт телевещания. При этом во многих местах резко возрастет количество каналов – вместо обычных 4–6 можно будет принимать около двух десятков, причем даже на комнатную антенну. Резко повысится качество приема даже в телеприемниках, установленных в автобусах и автомобилях.

Однако при этом вовсе не надо будет выбрасывать на свалку свои, еще вполне работоспособные телевизоры. Достаточно будет купить специальный декодер, переводящий цифровой сигнал в аналоговый, и смотреть телепередачи, как и прежде. А новый телевизор вы купите лишь после того, как старый окончательно выйдет из строя.

Интересно, почему физические упражнения вызывают рост мускулов? И всегда ли обязательно при этом употреблять в пищу стероиды?

Андрей Шилов. 14 лет,

г. Тамбов

Набрать силу мышцам при тренировках помогают два процесса: гипертрофия (укрупнение) мышечных клеток и совершенствование нервного контроля за их деятельностью. Под влиянием регулярных физических нагрузок, которые следует проводить, не перетруждая себя до изнеможения, с обязательным расслаблением после каждого упражнения, мышечные клетки постепенно увеличиваются в размерах. Для роста им, конечно, необходимо и соответствующее питание. Поэтому многие культуристы употребляют специальные белковые коктейли и даже особые препараты.

Мы бы вам делать этого не советовали, поскольку чрезмерное наращивание мышечной массы вовсе не способствует здоровью. Да и сила зачастую зависит не столько от объема мышц, сколько от мощности нервного импульса, подаваемого на них, умения атлета сосредоточиться на выполнении того или иного упражнения. Культуристы, наращивающие мышцы для «красоты», как правило, работать долго не могут.

Слышал, что телефонные переговоры можно вести через Интернет. Как это делается? Ведь, говорят, такой способ связи обходится намного дешевле обыкновенного, в особенности если речь идет о междугородных и международных переговорах…

Илья Скрябин, 14 лет,

г. Калуга

Чтобы позвонить через Интернет, нужно купить особую карточку. При разговоре с любого телефона звонят оператору, говорят ему номер карточки, а он уж вводит вас через свой компьютер в сеть и подсоединяет к номеру указанного абонента. Сейчас этот процесс продолжают совершенствовать. Аналоговый сигнал преобразуют в цифровой, передают по каналам связи и на другом конце провода снова превращают в аналоговый. Это удобно в том случае, когда у вас есть неограниченный по времени доступ в Интернет. Тогда любой звонок вам будет обходиться почти даром.

Единственное ограничение: у абонента на той стороне тоже должна быть такая же система. Теперь можно уже звонить и в обычную телефонную сеть. Это не бесплатно, но тоже дешевле, чем пользоваться обычной мобильной или спутниковой связью. Но при этом надо иметь доступ к посреднику, у которого есть филиалы в разных концах мира.

ДАВНЫМ-ДАВНО

Англия сама по себе страна не богатая: у нее нет в достатке собственной нефти, железной руды, других ископаемых. Их она раньше получала из своих колоний. Поэтому когда в годы Первой мировой войны немецкие подводные лодки стали топить все суда, шедшие в Англию, то к началу 1917 года великая держава оказалась на грани капитуляции. Спасти ее могло лишь надежное средство борьбы с подводными лодками. Но как с ними бороться, если они скрыты в темных морских пучинах, сквозь которые не проходит луч света? Вспомнили, что через воду прекрасно проходит звук. Правда, обычно мы его слышим. Он отражается от ее поверхности и почти не выходит наружу. Помог гидрофон – простой, но чувствительный прибор, состоявший из опущенных в воду двух медных трубок с резиновыми грушами на конце. От каждой из них шла отдельная резиновая трубка. Звуковое давление в воде передавалось стенкам груш, далее находящемуся в них воздуху и шло дальше в уши «слухача». Груш, как сказано, было две, да еще на расстоянии 2–3 м друг от друга, и «слухач» мог определять направление на звук.

Гидрофоны поставили на все морские суда, и они четко определяли приближение подводной лодки и легко от нее уходили. Ведь под водой ее скорость в то время не превышала скорости бегущего человека. Чтобы плыть быстрее, она должна была всплыть. Но тогда на нее обрушивался шквал артиллерийских снарядов. Так гидрофон спас Англию.

Современные гидрофоны состоят из тысяч микрофонов, установленных вдоль носа и бортов корабля, их сигналы обрабатывает компьютер, и на его экране появляется цветное изображение всех морских источников звука в радиусе нескольких километров.

ПРИЗ НОМЕРА!

Наши традиционные три вопроса:

1. Когда подводная лодка всплыла, кто раньше услышит шум ее моторов: матрос на палубе сторожевика или гидроакустик того же корабля?

2. Можно ли в качестве излучателя ультразвука использовать динамический громкоговоритель?

3. Если из пространства между стеклами в оконном блоке выкачать воздух, лучше станет теплоизоляция или хуже?

Правильные ответы на вопросы

«ЮТ» № 6 – 2004 г.

1. Связь между попетом самолета Зенгера и игрой «выпекание блинчиков» на воде плоскими камешками есть. И камень, и самолет отскакивают от упругой поверхности воды или воздуха.

2. Если внутрь баллона пневматической игрушечной ракеты добавить немного воды, то, безусловно, ракета полетит дальше, поскольку вода увеличивает отбрасываемую массу, а значит, и отдачу. Но важно не переусердствовать – большая масса воды уменьшит скорость истечения смеси. А это отрицательно скажется на дальности полета.

3. Температура, конечно же, влияет на движение китайских уточек. Если внутри игрушки закипает эфир при температуре +38°, она перестанет кланяться.

* * *

Поздравляем с победой Николая Кузнецоваиз г. Ноябрьска! Правильно и обстоятельно ответив на вопросы нашего конкурса «ЮТ» № 6 – 2004 г., он выигрывает приз – ФЛЕШ ПАМЯТЬ USB 64 МБ.

* * *

_{А почему?Существовал ли на самом деле легендарный король Артур? Как воинское искусство фехтования стало популярным видом спорта? Кто и когда изобрел нотное письмо? На эти и многие другие вопросы ответит очередной выпуск «А почему?».}

_{Школьник Тим и всезнайка из компьютера Бит, постоянные герои «Нашего мультика», на этот раз встретятся с великим российским полководцем Александром Васильевичем Суворовым. А читателей журнала наш специальный корреспондент пригласит в романтичный и похожий на сказки Андерсена город Копенгаген, столицу Дании.}

_{Разумеется, будут в номере вести «Со всего света», «100 тысяч «почему?», встреча с Настенькой и Данилой, «Игротека» и другие наши рубрики.}

_{ЛЕВША– Любителей механики в рубрике «Полигон» ждет рассказ о том, как сделать модель транспортного средства, способного проехать в условиях самого сложного дорожного рельефа. При максимальном угле наклона кузов сохраняет горизонтальное положение, а конструкция – устойчивость даже на двух колесах.}

_{– В конкурсе «Хотите стать изобретателем» – оригинальные решения «вечной» проблемы получения энергии. Ищем новые ответы и анализируем старые.}

_{– Эффекты «эха» и «объемного звука» создаст простое устройство для обработки звука и речи. Любители электроники смогут собрать ревербератор, который «оживит» вашу фонограмму и послужит основой для самодельного усилителя-караоке.}

* * *