"Микроскоп времени" в технике

В первой книге "Занимательная физика" описана "лупа времени", основанная на использовании киноаппарата. Здесь расскажем о другом способе достижения подобного эффекта, опирающемся на явление, которое было рассмотрено в предыдущей статье.

Мы знаем уже, что, когда диск с зачерненными секторами (рис. 144), делающий 25 об/с, освещается ежесекундно 100 вспышками лампы, он кажется глазу неподвижным. Представьте себе, однако, что число вспышек сделалось равным 101 в секунду. В течение промежутка между такими двумя последовательными учащенными вспышками диск не успеет повернуться, как прежде, на полную четверть оборота, и, значит, соответствующий сектор не дойдет до первоначального положения.

Глаз увидит его отставшим на сотую долю окружности. При следующей вспышке он покажется отставшим еще на сотую долю окружности и т. д. Нам покажется, что диск вращается назад, делая 1 об/с. Движение замедлилось в 25 раз.

Нетрудно сообразить, как можно увидеть то же замедленное вращение, но не в обратную сторону, а в нормальном направлении. Для этого нужно число вспышек света не увеличить, а уменьшить. Например, при 99 вспышках в секунду диск покажется вращающимся вперед, делая 1 об/с.

Мы имеем здесь "микроскоп времени" с 25-кратным замедлением. Но вполне возможно получить еще большее замедление. Если, например, число вспышек доведено до 999 за 10 секунд (т. е. 99,9 в секунду), диск будет казаться совершающим один оборот за 10 секунд; он имеет, значит, 250-кратное замедление.

Любое быстрое периодическое движение можно изложенным приемом замедлить для нашего глаза в желаемой степени. Это дает удобную возможность изучать особенности движения весьма быстрых механизмов, замедляя их движение нашим "микроскопом времени" в 100, в 1000 и т. д. раз ¹⁷.

¹⁷ (Прием, разобранный Я. И. Перельманом в статье "Микроскоп времени" в технике", лежит в основе применяемых на практике приборов - стробоскопов, с помощью которых определяют частоту некоторых быстропеременных процессов. Поскольку электронные методы контроля частоты колебаний относятся к наиболее точным физическим методам измерений, то стробоскопы обеспечивают исключительно высокую точность результатов измерений.)

Рис.145. Измерение скорости полета пули

Опишем в заключение способ измерения скорости полета пули, основанный на возможности точно определять число оборотов вращающегося диска. На быстро вращающийся вал надевают картонный диск, который имеет форму открытой цилиндрической коробки (рис. 145). Стрелок пускает пулю вдоль диаметра этой коробки, пробивая ее стенку в двух местах. Если бы коробка была неподвижна, оба отверстия лежали бы на концах одного диаметра. Но коробка вращалась, и за то время, пока пуля летела от края до края, коробка успела немного повернуться, подставив пуле взамен точки b точку с. Зная число оборотов коробки и ее диаметр, можно по длине дуги bc вычислить скорость движения пули. Это - несложная геометрическая задача, с которой без труда справятся читателе немного владеющие математикой ¹⁸.

¹⁸ (Впервые в 1920 г. принципиально таким нее методом была определена средняя скорость испаряющихся в вакууме атомов серебра (опыт Штерна).)