Проф. Н. Н. Малов
РАДИО НА СЛУЖБЕ У ЧЕЛОВЕКА
«Говорит Москва, говорит Москва! Работают радиостанции на волнах 1293 метра, 360 метров и 25 метров».
Эти слова звучат в громкоговорителях во всех уголках нашей Родины, к этим словам прислушиваются друзья Советского Союза далеко за его пределами.
Что же представляют собой эти волны, разносящие по всему миру слова, произносимые в столице нашей родины — Москве. Кому обязано человечество изобретением замечательного средства связи без проволок — радиосвязи? Какие ещё применения имеет радио в различных отраслях человеческой деятельности?
Радио было изобретено замечательным русским учёным Александром Степановичем Поповым (рис. 1) пятьдесят два года назад — в 1895 r.
Ещё до Попова были изобретены телеграф и телефон, с помощью которого можно было вести разговор на большие расстояния. Но этот разговор передавался по проволоке, которая соединяла переговорные станции между собой.
При телеграфировании по проволоке передаются короткие и длинные электрические сигналы. Различные комбинации этих сигналов обозначают различные буквы (такую условную азбуку придумал американский учёный Морзе). Аппарат, который принимает телеграмму, записывает на бумажной ленте длинные сигналы — чёрточками и короткие — точками (например, слово «радио» по азбуке Морзе записывается так, как показано на рис. 2).
При телефонировании электрические сигналы позволяют передать по проводам человеческую речь; два человека могут разговаривать по телефону друг с другом, находясь в разных городах.
Рис. 1. Александр Степанович Попов (родился в 1859 г., умер в 1906 r.).
В 1887 r. немецкий физик Герц открыл, что существуют особые электромагнитные волны (о них будет рассказано подробнее в книжке).
И вот Попов изобрёл такой аппарат, который, как в телеграфе, передавал на расстояние короткие и длинные электрические сигналы азбуки Морзе, но уже без проводов, а с помощью электромагнитных волн, распространяющихся B пространстве с огромной скоростью. Это был радиотелеграф.
Через 10–15 лет после смерти Попова (он умер в 1906 г.) радиоволны были применены для передачи без проволок уже не условных сигналов, а речи и музыки (радиотелефон). А ещё через 10 лет были сделаны первые удачные попытки передавать на расстояние изображения предметов (телевидение).
Рис. 2. Так записывается по азбуке Морзе слово «радио».
В настоящее время радиоволны используются очень широко. Они применяются для управления различными механизмами на расстоянии (телемеханика), для указания правильного пути самолётам и кораблям (радионавигация), при поисках в земле полезных ископаемых. В последние годы радиоволны стали применять для лечения различных заболеваний, для обработки пищевых продуктов. B годы Отечественной войны радиоволны помогали обнаруживать самолёты врага на очень большом расстоянии и точно определять их местоположение (радиолокация). Это облегчало борьбу с воздушными бандитами, стремившимися разрушать мирные города.
Об этих и многих других применениях радио, одного из самых замечательных изобретений, сделанных человеком, и рассказывается в настоящей небольшой книжке.
Электромагнитные волны, которые используются в радио, человек не может воспринимать своими органами чувств (глазом, ухом и т. д.). Эти волны создаются в специальных аппаратах — радиопередатчиках (радиостанциях) и воспринимаются сложными приборами — радиоприёмниками, в которых либо вырабатывается звук, либо получается изображение. А полученные звуки и изображения уже можно слышать и видеть.
Но чтобы хорошо разобраться в том, что такое радиоволны и как происходит радиопередача, нужно сначала познакомиться с более простыми волнами и их свойствами. Об этом будет рассказано в начале книжки.
I. КОЛЕБАТЕЛЬНОЕ ДВИЖЕНИЕ И ВОЛНЫ
Посмотрите внимательно, как движется человек, качающийся на качелях, или как качается маятник часов — «ходиков».
Вы увидите, что и человек, и маятник размеренно (или, как говорят, ритмично) движутся взад и вперёд; они много раз повторяют свои движения. Такое движение называется колебательным.
Попробуйте теперь заметить, через какое время проходит колеблющееся тело каждый раз через одно и то же место, например, через сколько секунд качели будут находиться каждый раз в одном из крайних верхних положений. Если верёвки качелей будут длиной около четырёх метров, то качели будут возвращаться в это положение каждый раз через четыре секунды. Иными словами, одно полное колебание качелей (взад и вперёд) будет совершаться за четыре секунды. Это время называют периодом колебаний.
Удлините верёвки качелей: тогда качели будут колебаться уже медленнее, каждое полное колебание будет совершаться, например, в пять или шесть секунд.
Если не поддерживать движения качелей, они очень быстро остановятся. Дело в том, что движению качелей препятствуют воздух и трение канатов о крюки, на которых подвешены качели. Поэтому, качаясь на качелях, человек должен раскачиваться. Чтобы часы не останавливались, маятник «ходиков» также приходится подтал — кивать; это подталкивание происходит при постепенном опускании гирь «ходиков».
Таким образом, чтобы колебательное (как и всякое другое) движение происходило достаточно долго, его нужно поддерживать, подталкивая движущееся тело и тем самым не давая ему остановиться.
Колебания качелей и маятника — это колебания одного единственного тела. А что произойдёт, если вы, имея целый ряд тел, как-то связанных друг с другом и способных колебаться, приведёте в колебание одно из этих тел? Естественно ожидать, что в этом случае колебание, сообщённое одному телу, будет постепенно передаваться соседним телам.
В действительности так и происходит.
Бросьте в спокойную воду камешек. Вокруг места падения камня тотчас же образуются круговые волны, расходящиеся по воде. Если присмотреться к ним, то легко заметить, что каждая волна состоит из горба и расположенной рядом впадины.
Волны образуются потому, что брошенный камень вызывает колебание частичек воды. Эти частички воды передают своё колебание дальше, и таким образом круговая волна расходится по воде.
Рис. 3. Круговые волны на поверхности воды.
Такие же круговые волны, созданные выпрыгнувшей из воды рыбой, видны на рисунке 3.
Попробуйте капать в одно и то же место на воде. На поверхности воды также будет хорошо заметна целая группа расходящихся круговых волн.
А вот другой пример. Возьмите длинный резиновый шнур и привяжите один конец его к гвоздю, вбитому в стену. другой конец шнура возьмите в руку.
После этого натяните шнур и, держа руку неподвижно, сделайте кистью руки движение вверх и вниз. Конец шнура приподнимется и опустится; сразу же это движение будет передаваться соседним участкам шнура: они также начнут двигаться, но с запозданием. В результате на шнуре образуется горб, который будет перемещаться вдоль шнура, — как говорят, в шнуре создаётся и распространяется «возмущение». На рис. 4,а показана форма шнура сразу после прекращения движения руки, а на рис. 4,б — положение горба, получающееся несколько позже.
Рис. 4. Распространение «возмущения» в шнуре.
Если размеренно ритмично двигать свободный конец шнура вверх и вниз, то движение этого конца так же ритмично будет передаваться остальным участкам шнура. По шнуру будет распространяться волна: на нём можно заметить «горбы» и «впадины», т. е. те его участки, которые в данный момент наиболее отклонены вверх или вниз. Если вы проследите за одним из горбов, то можете заметить, что он движется вдоль шнура с определённой скоростью, зависящей от свойств шкура.
На рис. 4,в изображена форма, принимаемая шнуром через четверть периода от начала движения кисти руки (вначале кисть руки двигалась вверх), а на рис. 4,г — форма, принимаемая шнуром ещё через один период движения кисти руки. Вспомните, что период — это время, за которое совершается полное колебание.
Важно отметить, что при распространении волны по шнуру или по воде отдельные места шнура и частички воды не движутся вместе с волной, а только колеблются на своих местах, поднимаясь вверх и вниз. Это легко увидеть, если на воду положить кусочки пробки или дерева: при прохождении волны они будут «танцевать» вверх и вниз, но почти не будут перемещаться вместе с волной.
