|
| |
|
Главная Журналы вердых средах. Казалось бы, и свет должен распространяться в акой-то среде. Но если это так, то Земля, вращаясь вокруг Солнца, олжна двигаться сквозь эфир, на Земле должен дуть «эфирный стер». Идея опыта Майкельсона была проста. Если одно плечо нтерферометра расположить вдоль направления движения Земли, а ругое поперек, то скорость света в плечах окажется разной. По-ернув интерферометр на 90°, т.е. поменяв плечи местами по тнощению к движению Земли, мы должны увидеть смещение нтерференционных полос. Для повышения точности эксперимента ьша построена уникальная установка. На кирпичном фундаменте асположили кольцевой чугунный желоб, наполненный ртутью. В туть погружался кольцевой поплавок, повторяющий форму жело-а, но не соприкасающийся с его стенками. На поплавок положили [ассивную каменную плиту, а на ней установили зеркала интерферо-ктра. В каждом плече свет переотражался несколькими зеркалами, тобы увеличить действующую длину плеч (примерно до 11 м). становка позволяла очень плавно, без толчков и вибраций повора-ивать интерферометр. Чувствительность прибора в 40 раз превос-олила требуемую для обнаружения «эфирного ветра». И что же? [як бы ни поворачивали интерферометр, в какое бы время суток или ода ни проводили измерения, никакого смещения интерференцион-ых полос обнаружено не было. Значит ... значит, нет и «мирового фира», а скорость света не зависит от движения самой установки. В 1932 году для точного измерения скорости света в вакууме Лайкельсон произвел еще один уникальный опыт. Свет заставили »аспространяться в трубе длиной 1,6 км, из которой откачали юздух. Измерения проводили с помощью вращающейся призмы, (существлявшей механическую модуляцию светового потока. Точность измерения скорости света в опытах Майкельсона .остигла 1 км/с. Великие экспериментаторы уходят, но проблемы стаются. Совсем недавно, в 60-х годах нашего столетия на Луну с омощью ракеты был доставлен зеркальный лазерный отражатель. Земли навели на него лазерный светодальномер, уже не с меха-ической, а с электронной модуляцией светового потока. Свето-альномер обеспечил поразительную точность измерения запазды-ания отраженного светового сигнала (как известно, расстояние рт Земли до Луны составляет 380 ООО км, а запаздывание отра-сенного сигнала достигает 2,5 с). Этот совместный советско-фран-[узский эксперимент нужен был для особо точного измерения строномических расстояний. И что же? Возможности прибора юлностью реализованы не были. Оказалось, что мы недостаточно очно знаем скорость света, чтобы вычислить искомое расстояние! ;;рочно несколько научных лабораторий мира взялись за решение роблемы. Было предложено использовать независимые измерения астоты и длины волны лазерного излучения, а затем вычислить корость света по известной формуле с = Xf. В Новосибирском нституте физики полупроводников придумали способ стабилизации астоты газового лазера с точностью до 10". В лабораториях 1ационального бюро стандартов и Массачусетсского технологичес-ого института США с помощью ряда хитроумных преобразований астоту излучения лазера измерили электронным цифровым часто-омером. Длина волны измерялась прецизионным оптическим ин-ерферометром. В результате теперь мы знаем скорость света с очностью до 3 10". Она составляет 299 792458 ±1 м/с. Хорошо, то за время этих исследований уголковому отражателю на Луне овным счетом ничего не сделалось-ведь он представляет собой онструкцию из металлических зеркал. Но вернемся к великим теоретикам и практикам прошлого века. Убедившись, что скорость электромагнитных волн близка к скорости света, в 1864 году Максвелл высказал смелое и блестяще подтвердившееся предположение, что свет есть электромагнитная волна. С помощью интерферометров определили и длины световых волн, лежащие от 0,4 мкм (синий свет) до 0,7 мкм (красный свет). Но кроме световых должны существовать и другие электромагнитные волны. Известно бьшо о существовании более коротких, ультрафиолетовых волн. Еще в начале XIX века открыли инфракрасные волны. Предстояло экспериментально обнаружить еще более длинные электромагнитные волны, которые теперь называют радиоволнами. Их обнаружили опытным путем через 20 лет после предсказания Максвелла. В 1886-1889-х годах Генрих Герц построил искровой генератор электромагнитных волн и исследовал их свойства. Устройство искрового генератора заслуживает более подробного описания. Основа его-колебательный контур, известный нам из предыдущей главы. Но колебания в реальном контуре быстро затухают, и, чтобы поддерживать серию колебаний, надо снова и снова заряжать конденсатор и переключать его от источника напряжения к катушке. Этим быстродействующим коммутатором и служит искровой промежуток между двумя металлическими шариками. Искру дает индукционная катушка, или катушка Румкорфа. Сейчас мало кто знает, что это такое, и тем более плохо представляет себе устройство индукционной катушки. А ведь более полувека она была одним из наиболее распространенных устройств в электротехнике. (Разновидность индукционной катушки и до сих пор используется в системах зажигания автомобилей.) Ток батареи G, проходя через первичную обмотку индукционной катушки, намагничивает ее железный сердечник, который притягивает подвижный контакт, и цепь разрывается. Магнитное поле исчезает, и контакт замыкается снова. Частота прерываний тока невелика и составляет 10... 10 раз в секунду. Но самое интересное происходит в момент размьпсания цепи. В об-  Возбуждение колебаний индукционной катушкой «отках индукционной катушки возникает ЭДС самоиндукции, про-юрциональная скорости изменения магнитного потока. Эта ско-юсть очень велика, ведь контакты размыкаются практически мгно-leHHo. В результате в момент размыкания на выводах первичной >бмотки возникает импульс напряжения, в несколько десятков раз [ревышающий напряжение батареи! Например, при напряжении втареи 12 В несложно получить импульс напряжения 300.. .400 В. вторичная обмотка содержит гораздо больше витков, и импульс [апряжения на ее выводах может достигать нескольких тысяч вольт [ЛИ даже десятков киловольт. До такого же напряжения заряжается I конденсатор контура С. Искровой промежуток S регулируют так, ггобы он пробивался при напряжении, близком к максимальному, »азвиваемому индукционной катушкой. Проскочившая искра замы-:ает цепь колебательного LC-контура, и в нем возникает серия атухающих колебаний. Итак, индукционная катушка позволила возбуждать серии за-ухаюших колебаний высокой частоты. Но как же излучить их в фостранство в виде волн? Генрих Герц полагал, как это и следует из равнений Максвелла, что чем быстрее изменяются электрические и «агнитные поля, тем эффективнее излучаются волны. Стремясь ювысить частоту колебаний контура. Герц оставил в катушке :онтура всего один виток, а площадь пластин конденсатора умень-пил до предела. В результате получился вибратор, состоящий из (вух стерженьков с искровым промежутком между ними. Оказалось, гго вибратор Герца эффективно излучает волны с длиной, равной даоенной длине вибратора. Теперь-то мы знаем, что вибратор Герца представляет собой обычный полуволновый диполь. Посмот-)ите на любую крьпиу, и вы увидите телевизионные антенны, [редставляющие собой систему диполей. Приемником колебаний служил другой диполь с очень близко )асположенными шариками разрядника. Когда искра проскакивала I передающем диполе, крошечную искру можно было наблюдать и в фиемном! Так экспериментально была осуществлена передача лектромагнитных волн радиодиапазона на расстояние в несколько «етров. Оказалось, что прием наиболее эффективен, когда приемный ибратор настроен в резонанс с передающим. Длины вибраторов фи этом одинаковы. Опыты Герца, вьшолненные в 1887-1888-х годах, вызвали ог-юмный интерес у физиков и инженеров. Многие стали их повторять, адоизменять и совершенствовать. П. Н. Лебедев, замечательный )усский физик, открывший, в частности, давление света, сконструи-ювал вибратор на длины волн до трех сантиметров (в опытах Герца [лина волны составляла около трех метров). Это бьши совсем рошечные вибраторы! Были исследованы явления отражения и [реломления электромагнитных волн на границе раздела различных ред. Наблюдали отражение волн от металлического листа, прелом-[ение волн призмой, изготовленной из диэлектрика. Значительно олее мощные электромагнитные колебания, но меньшей частоты [озволил получить трансформатор Тесла, вторичная обмотка кото-юго L2 была настроена в резонанс с первичной L1. Поскольку онденсатор во вторичной обмотке отсутствовал, число витков ее РЫЛО значительно больше, чем в первичной, что обеспечивало на ибраторе напряжения до миллиона вольт! Наконец мы вплотную подошли в нашем рассказе к моменту иобретения радио. Разумеется, вы знаете, кто это сделал. Наш оотечественник, преподаватель физики минных офицерских классов Кронштадте Александр Степанович Попов. Ему удалось скон- 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 [ 28 ] 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 |