Электроника шаг за шагом [Практическая энциклопедия юного радиолюбителя]

Наибольшего совершенства достигла эта система у человека. В нашем организме миллиарды клеток-рецепторов (собирателей информации) измеряют освещенность, давление, температуру, химический состав, собирают сведения о том, что происходит внутри организма и за его пределами. Скажем, о том, в какой степени насыщен кислородом воздух, достаточно ли быстро движется кровь в сосудах, холодно ли на улице или насколько много сахара в чае. Вся эта информация по внутренним линиям связи — нервным волокнам — поступает в мозг, там по необходимости к ней добавляются кое-какие сведения из памяти, и все это вместе как-то перерабатывается, превращается в итоге в команды управления. Некоторые из этих команд, например «увеличить глубину дыхания» или «добавить в кровь адреналин», выполняются автоматически, а некоторые, например «добавить в чай ложку сахара» или «надеть теплую куртку», мы выполним сознательно. Одна из информационных систем человека связана с приемом и обработкой акустической, звуковой информации. Слух помогал нашим далеким предкам ориентироваться в сложном и опасном мире, а с появлением речи способствовал объединению людей, становлению общества. Примечательно, что в числе первых достижений радиоэлектроники — помощь нашим природным акустическим линиям связи, увеличение их дальности: диктора, говорящего перед микрофоном в радиостудии, люди слышат за тысячи километров.

Мы начинаем знакомство со звуковыми информационными системами с типичного источника звука — колеблющейся струны.

Т-90. В процессе свободных колебаний струна меняет скорость и направление, движется то туда, то обратно. Физические, химические, биологические и всякие иные процессы могут протекать по-разному. В одних случаях мы видим нарастание какой-либо величины — нарастает скорость падающего камня, температура поставленного на плиту чайника с водой, вес зреющего на поле арбуза… В других же процессах мы наблюдаем уменьшение чего-либо, убывание — убывает вода в дырявом ведре, напряжение пружины часов, скорость автомобиля, у которого на ровной дороге заглох двигатель… А есть еще и такие процессы, в которых происходит непрерывная смена нарастаний и убываний, процессы, которые без всякого вмешательства извне меняют свое направление, сами по себе идут то туда, то обратно. Это так называемые свободные колебания, примером которых могут служить колебания гитарной струны (Р-62).

Р-62

Вы слегка оттянули гитарную струну и передали ей некоторую порцию энергии. Мы часто производим подобную передачу энергии, например, когда двигаем по столу книгу, ударяем спичкой по коробке или ногой по футбольному мячу. И всякий раз отданная нами энергия сразу находит своего главного потребителя, расходуется на какое-нибудь полезное дело — на получение тепла, на борьбу с трением или сопротивлением воздуха.

Иначе обстоит дело с оттянутой струной. Здесь мы встречаемся сразу с несколькими потребителями энергии, причем два из них, взаимодействуя друг с другом, как раз и заставляют струну совершать колебательные движения.

Когда мы оттягиваем стальную струну, отводим ее от условной средней линии (Р-62), то затраченную нами на это энергию сразу же захватывает первый из двух потребителей — упругая деформация стали.

Упругая деформация — явление сложное, оно связано с изменением внутренней структуры вещества, с его упругостью. Когда мы сгибаем, то есть деформируем (меняем форму), стальную пружину или сжимаем, деформируем резиновый мяч, то затрачиваем энергию именно на то, чтобы преодолеть силы внутренней упругости. Но энергия эта не пропадает безвозвратно. Деформированное упругое тело, как только у него появится возможность, вернется в свое первоначальное состояние и почти полностью (обратите внимание на это слово «почти», о нем придется поговорить особо) вернет полученную энергию.

Это хорошо видно на примере часов: когда вы заводите их, то пружина деформируется и запасает определенную энергию, а затем в течение суток почти полностью отдает ее, вращая шестеренки часового механизма. И так же ведет себя оттянутая стальная струна. Она не потребляет, а лишь накапливает энергию и при первой возможности отдает ее.

Отдает, но кому?