Эхо «измеряет» расстояние

Представьте себя на берегу широкой реки. Круто поднимается из воды ее противоположный скалистый берег. Вы хотите знать, как широка река. Если у вас есть часы, то задачу можно считать решенной. Достаточно отрывисто крикнуть, и услышанное через несколько секунд эхо «пришлет» вам ответ.

С помощью звукового эхо можно измерять расстояние.

Посмотрим, какой путь проделало ваше громкое восклицание. Образовавшиеся звуковые волны начали распространяться во все стороны. Часть из них направилась вдоль реки и в противоположную сторону, где и «растаяла». Часть же направилась в сторону противоположного берега и, встретив преграду в виде скалистого берега, отразилась от нее, повернула обратно. Через некоторое время эта часть звуковых волн вернулась к месту своего возникновения. Это и значит, что вы услышали эхо. Теперь надо лишь знать, с какой скоростью путешествовали звуковые волны {5} над водой, и если вы засекли время их «отправления» и «прибытия», то расчет очень прост. Скорость распространения звука в воздухе в нормальных условиях около 330 м/сек, т. е. за 1 сек. звук проходит приблизительно ¹/₃ км. Если замеченное вами время составляет, например, 4 сек., то ясно, что звуковая волна прошла 1¹/₃ км. Так как звук «путешествовал» в оба конца, то ширина реки вдвое меньше и равна ²/₃ км. Следует отметить еще одну важную особенность эхо. Вы крикнули очень громко, а эхо принесло лишь слабый, еле слышный сигнал. Это и понятно. Энергия вашего голоса была вложена в звуковые волны, рассеявшиеся во

Ультразвук определяет глубину, нащупывает подводные лодки.

всех направлениях. Лишь часть из них направилась к противоположному берегу, но опять-таки только часть из отразившихся от противоположного берега волн достигла вашего уха. Вот почему эхо было таким слабым, вот почему так внимательно приходилось прислушиваться, чтобы не потерять его.

Примеров использования отражения звуковых волн для определения расстояния можно было бы привести много. Этим способом воспользовался в 1804 г. русский академик Я. Д. Захаров для определения высоты воздушного шара, в корзине которого он находился. Этот же способ используется и в современных звуколокаторах (эхолотах), служащих для определения глубины моря. Прибор этот работает следующим образом.

Короткая и мощная «порция» ультразвука — звука настолько высокого тона, что он не воспринимается человеческим ухом — направляется с днища корабля вниз. Скорость звука в воде примерно в 5 раз больше, чем в воздухе. Отразившиеся от морского {6} дна ультразвуковые волны возвращаются к кораблю и принимаются специальным устройством. Интервалы времени, за которые порция ультразвуковых волн возвращается к кораблю, и позволяют беспрерывно контролировать глубину моря. Такие же приборы используются для обнаружения подводных лодок и т. д. Этот же принцип — принцип отражения — использует и радиолокация. Только здесь применяются уже не звуковые, а радиоволны.

Передатчик радиолокатора излучает радиоволны короткими интенсивными «толчками» — импульсами. Всего лишь миллионную

Импульсы радиолокатора встретили самолет. Часть отраженных сигналов вернется обратно и будет «услышана» приемником.

долю секунды продолжается излучение. В интервале между импульсами приемник как бы прислушивается. Излученные передатчиком импульсы радиоволн, встречая на своем пути тела, являющиеся в той или иной степени проводниками электрического тока, отражаются от них. Водная поверхность, земля, железнодорожные линии и городские строения, самолеты и корабли — все это по-разному отражает радиоволны. Отраженные импульсы (эхо-сигналы) частично возвращаются к тому месту, где стоит радиолокатор. Сначала приходят эхо-сигналы от самых близких предметов, затем от все более дальних. Ко всем этим сигналам и «прислушивается» приемник и с помощью специального прибора воспроизводит их на экране радиолокатора.

Одним из вариантов радиолокатора является и прибор, служащий для определения высоты самолета,— радиовысотомер. {7} Действуя подобно эхолоту, радиовысотомер отличается лишь тем, что использует не ультразвуковые, а радиоволны.

Читателю уже ясно, что в основу измерения расстояния радиолокатором положено явление отражения. Не будь этого явления, —

Радиоимпульсы, отраженные поверхностью земли, указывают летчику действительную высоту полета.

не было бы и радиолокации. В отражении радиоволн предметами, являющимися проводниками электрического тока, и состоит первый принцип радиолокации.