Это замечательное явление называют резонансом («резонанс» по-русски обозначает «отклик»). При резонансе период колебаний раскачиваемого тела как раз совпадает с периодом колебаний той силы, которая раскачивает тело.

При благоприятных условиях размах резонансных колебаний может в тысячи раз превышать размах в отсутствии резонанса. Известны случаи, когда резонансные колебания приводили к катастрофам. Так, однажды по мосту проходила воинская часть, двигавшаяся «в ногу». Случайно период шагов солдат совпал с периодом собственных колебаний моста. В результате мост раскачался настолько сильно, что разрушился. Теперь в воинских уставах указывается, что по мостам воинская часть должна идти «не в ногу», чтобы не создать опасного резонанса.

Явление резонанса используется также для усиления звуков, возбуждаемых в воздухе каким-либо колеблющимся телом. Так, если держать звучащий камертон (так называют прибор, похожий на вилку; он применяется при обучении пению) в руках, то издаваемый им звук кажется тихим; создаваемая камертоном звуковая волна слаба, так как маленькие ножки камертона приводят воздух только в очень слабое движение. Но если поставить камертон на полый ящик, открытый с одного конца (рис. 5), то он быстро приведёт в колебание весь столб воздуха, заключённый в ящике; издаваемый звук оказывается более сильным. Конечно, размеры ящика должны быть выбраны таким образом, чтобы колебания воздушного столба были резонансными.

Легко при этом заметить, что если камертон держать в руках, то он звучит дольше, но зато слабее, чем камертон с ящиком. Это происходит потому, что в последнем случае — при камертоне с ящиком — отдача звука в окружающее пространство («излучение» звука) происходит быстрее, камертон быстрее теряет энергию и перестаёт колебаться.

II. У КОЛЫБЕЛИ РАДИОСВЯЗИ

1. ЭЛЕКТРИЧЕСКИЙ ТОК КАК МАГНИТ

Всем вам, конечно, знаком электрический ток. Он течёт по проводам, освещает наши дома, нагревает утюги и плитки, приводит в движение самые разнообразные машины. Учёные установили, что электрический ток — это движение мельчайших частиц, электронов, которые текут по проводам под действием электрических сил.

При своём движении электроны сталкиваются с частицами вещества, из которого сделана проволока. В результате этих столкновений получается тепло (вспомните, что если ударять молотом по наковальне, то оба тела также нагреваются). Это нагревание широко используется в электрических лампочках (в них тонкая металлическая нить накаляется током добела) и в электрических плитках.

Ho, кроме того, что электрический ток греет проволоку, он создаёт одно явление, более важное для нас.

Если поднести проволоку с током к магнитной стрелке компаса, то эта стрелка поворачивается. Как известно, точно так же поворачивается магнитная стрелка и от приближения магнита. Значит, ток действует на магнитную стрелку подобно магниту, т. е. ток создаёт вокруг себя магнитные силы. Если проволока прямая, то эти силы малы, их трудно заметить. Но если свернуть проволоку в катушку, магнитные силы делаются более заметными. B этом случае можно заметить действие катушки не только на лёгкую стрелку; если к катушке поднести большой магнит, то он может даже втянуться в катушку. Если изменить направление тока, т. е. поменять местами концы проволоки, присоединённые к источнику тока, то магнит будет уже не втягиваться в катушку, а выталкиваться из неё.

Но ведь хорошо известно, что если подносить один магнит к другому, то они также либо притягиваются, либо отталкиваются — в зависимости от того, какие концы магнитов сближаются. Следовательно, катушка с током становится подобной магниту. И действительно, она, как обыкновенный магнит, притягивает кусок стали, железа, гвозди и тому подобные вещи. Поэтому её называют электромагнитом.

Если теперь вблизи проволочной катушки укрепить стальную круглую пластинку — мембрану — и пропускать по катушке ток, то эта пластинка, притягиваясь к катушке, будет прогибаться. При прекращении тока она будет распрямляться. Таким образом, когда ток ослабляется или усиливается, то и пластинка то выпрямляется, то прогибается, т. е. приходит в колебания. Это колебание передаётся воздуху. Если ток изменяется со звуковой частотой (от 20 до 20000 раз в секунду), то и колебания пластинки и воздуха получаются звуковыми — пластинка звучит.

Таким именно образом и устроен аппарат для передачи звука при помощи электрического тока — телефон. Только в настоящем телефоне, кроме катушки и пластинки, имеется ещё магнит, вставленный в катушку. Он улучшает действие телефона.

При телефонном разговоре между двумя какими-либо местами они соединяются проволоками, по которым течёт электрический ток, меняющийся с частотой звука. Достигая телефона, ток приводит его мембрану в колебания, и в телефоне слышен звук.

Телефон был изобретён лет 70 назад и широко распространился в последующие годы. Число телефонов, действующих на земном шаре в настоящее время, достигает десятков миллионов.

2. ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ВЛИЯНИЕ

Магнитные действия тока были открыты в 1820 r. Через несколько лет великий английский физик Михаил Фарадей задался целью выяснить такой вопрос: при помощи электрического тока, т. е. движущихся электронов, можно создать магнитные силы; а нельзя ли получить обратное, т. е. при помощи магнита или электромагнита создать электрические силы и заставить двигаться атомы электричества — электроны?

После долгих и трудных поисков Фарадей достиг успеха в 1831 г. Он заметил, что если перемещать около проволочной катушки магнит или электромагнит, в ней возникает ток. При этом, чем быстрее Фарадей двигал магнит, т. е. чем быстрее изменялись в катушке магнитные силы, тем большей силы получался ток.

Так как ток в проволоке всегда возникает под действием электрических сил, то, следовательно, изменения магнитных сил вызывают в катушке возникновение электрических сил. Это явление называют электромагнитной индукцией («индукция» значит — «влияние»); оно используется почти во всех электрических машинах.

Весьма важно то обстоятельство, что даже если убрать проводник, то электрические силы всё же будут существовать в пространстве, где меняются магнитные силы. Их можно и в этом случае обнаружить, но это не так легко сделать. Таким образом, всегда и везде вся — кое изменение магнитных сил обязательно вызывает появление электрических сил.

С другой стороны, если где-нибудь изменяются электрические силы, то при этом обязательно появляются магнитные силы. Мы имели случай в этом убедиться, когда заметили, что катушка с меняющимся током в различной степени притягивает стальную пластинку.

Действительно, раз при изменении тока пластинка притягивается с неодинаковой силой, значит, магнитные силы, действующие на неё со стороны катушки, меняются. Но ведь ток в катушке создаётся электрическими силами, и если он меняется, то это происходит благодаря изменению электрических сил. Следовательно, изменение электрических сил вызывает изменение магнитных сил.

3. ОТКРЫТИЕ МАКСВЕЛЛА

После смерти Фарадея учёный Максвелл, изучая электрические и магнитные явления, пришёл в 1867 r. к важному заключению. Он доказал, что если где-нибудь меняются электрические силы, то по соседству обязательно возникнут магнитные силы; изменения же магнитных сил в свою очередь создадут по соседству новые электрические силы, и так далее. Начавшись в одном месте, это явление передаётся в «окрестности», оттуда — опять в соседние места и таким образом распространяется всё дальше и дальше, подобно тому как волна, возникшая на воде, распространяется по её поверхности.