Журнал «Юный техник» - Юный техник, 2015 № 07

Так, говорят, выглядел эксперимент, проведенный самим Ж. Фуко.

Впрочем, опыты с маятником вы вполне можете провести и у себя дома, полагает известный экспериментатор Ф. Рабиза. Начнем мы вот с чего.

Привяжите к карандашу нитку с грузиком — например, с гайкой. Положите на стол линейку и, держа карандаш горизонтально, подтолкните маятник, чтобы он качался вдоль линейки. Начните постепенно поворачивать карандаш в горизонтальной плоскости. Вы убедитесь, что поворот карандаша не повлиял на маятник, он будет по-прежнему качаться вдоль линейки. Во время этого опыта не должно быть ветра или сквозняка, которые могли бы оказать влияние на маятник.

Модель маятника Фуко можно сделать еще и так. Переверните вверх ногами кухонную табуретку. Укрепите на концах двух ее ножек, по диагонали, деревянную палку или металлическую трубку, а к середине ее привяжите маятник. Заставьте его качаться так, чтобы плоскость качания проходила между ножек табуретки. Медленно поворачивайте табуретку вокруг ее вертикальной оси, и вы заметите, что теперь маятник качается уже в другом направлении.

На самом деле он качается все так же, а изменение произошло из-за поворота самой табуретки, которая в данном опыте играет роль нашей Земли.

Кстати, колебания маятника можно складывать и вычитать. Если они направлены в одну сторону, то получаются колебания, размах которых равняется сумме размахов слагаемых колебаний. Если же направления колебаний одинакового размаха противоположны, то колебания вычитаются друг из друга и прекращаются. Мы с вами будем складывать два взаимно перпендикулярных колебания, сообщив их одному маятнику.

Опыт 1.Подвесьте маятник в таком месте, чтобы его колебаниям ничто не мешало (например, в дверном проеме). Отклоните его вправо и, перед тем как отпустить, толкните вперед. Маятник получит сразу два направления движения: ему надо качаться справа налево и одновременно вперед и назад, поскольку вы его так толкнули. Направления колебаний перпендикулярны друг другу, они складываются, и маятник будет описывать эллипсы или даже окружности.

Еще один вариант маятника

Опыт 2.Возьмите велосипедную или длинную вязальную спицу или прямой кусок металлической проволоки примерно такой же толщины и длины. Зажмите ее конец в тисках или между двумя деревянными брусками. Спица (или проволока) должна быть в вертикальном положении. На свободный ее конец наденьте кусочек резиновой трубки со вставленным в нее (наполовину) блестящим стальным шариком от шарикового подшипника.

Опыт будем наблюдать сверху, поэтому позаботьтесь, чтобы шарик на спице был хорошо освещен.

Если вы немного отклоните спицу и отпустите ее, она начнет колебаться, блик на шарике будет описывать эллипсы. Почему же эллипсы, а не прямую линию? Дело в том, что, отклонив и отпустив спицу, вы, скорее всего, сами того не замечая, сообщили ей сразу два направления колебаний.

Впрочем, потренировавшись, можно добиться, чтобы блик шарика при отпускании спицы чертил только короткую прямую линию. Когда вы этого добьетесь, ударьте по спице, поперек ее колебаний, деревянной палочкой. Шарик сразу начнет описывать эллипсы. Это наглядный результат сложения двух перпендикулярных колебаний.

Ионосфера, как вы, наверное, знаете, это слой атмосферы, расположенный на высоте от 90 до 400 и более километров. Разреженный газ в ней сильно ионизирован солнечным излучением, проводит электрический ток и отражает радиоволны. Именно там наблюдаются полярные сияния и магнитные бури, влияющие на состояние здоровья людей. Благодаря своей высокой чувствительности, ионосфера способна очень точно реагировать на события как на Солнце, так и на Земле.

Некоторые исследователи считают, что есть ионосферные предвестники больших землетрясений, что может быть использовано в их прогнозе. А поскольку ионосфера отражает сигналы далеких радиостанций, для ее изучения не обязательно запускать спутники и зонды, использовать радары и сложный математический аппарат. Достаточно научиться слушать и наблюдать радиоэфир.

Спектры сигналови их наблюдение. Спектр показывает, из каких частотных составляющих состоит сигнал. Чистая музыкальная нота (звучание камертона) содержит лишь одну частоту, например, 440 Гц (используется для настройки музыкальных инструментов). Свист также содержит лишь одну частоту, но более высокую, где-то от 2 до 3 кГц. Речь или музыка содержат уже целый набор частот, и такой спектр удобно изображать графически.

Наверняка вы уже видели спектры на дисплеях аудиоаппаратуры, где интенсивность спектральных компонент отображается высотой светящихся столбиков. Если же надо записать спектр и его изменения во времени, то лучше отображать интенсивность яркостью, по одной координате отложить время, по другой — частоту.

Именно так сделано в программе «Спектран» (Spectran), отображающей графически в режиме реального времени спектр поступающего сигнала в виде «водопада» — непрерывной ленты с координатами время — частота, и способной автоматически, с определенной периодичностью сохранять изображения, формируя, таким образом, «историю» сигнала за период работы.

Программа создана двумя итальянскими радиолюбителями с позывными I2PHD и IK2CZL, предназначена для исследования спектров звуковых сигналов, наблюдения слабых сигналов в шуме и т. д. Она распространяется бесплатно и доступна на многих радиолюбительских сайтах в сети Интернет. Ее часто используют для визуального приема телеграфных сигналов. Вот пример записи сигнала авиационного маяка на средних волнах (СВ).

Скриншот с экрана программы « Спектран».

Спектр тонального сигнала маяка.

Сигнал маяка тональный, с частотой 1000 Гц. После длительной посылки маяк дважды передает букву W, и затем цикл повторяется. Для удобства чтения телеграфа «водопад» запускают по горизонтали и подбирают скорость «протяжки». Этот сигнал чистый, сильный и неискаженный, поскольку маяк находился близко и принимался земной волной.

Иное дело при приеме дальних станций на коротких волнах (КВ). Сигнал приходит после одного, а то и нескольких отражений от ионосферы, иногда даже двумя-тремя лучами. Ионосфера, как правило, состоит из нескольких отражающих слоев, концентрация электронов (которая, собственно, и определяет отражающую способность) в них сильно изменяется ото дня к ночи, зависит от времени года, солнечной активности и многих других факторов. Хотя газ в ионосфере очень разрежен, там дуют ветры со скоростями до многих сотен метров в секунду. Одним словом, «погода» в ионосфере еще изменчивее, чем на поверхности Земли.