Юный техник, 2013 № 07 - Журнал «Юный техник»

Лишь с появлением новых средств управления, таких, как первые варианты автомата перекоса, а также более мощных поршневых двигателей внутреннего сгорания французы Ш. Ренар, П. Корню и братья Дюфо создали вертолеты, которые все же смогли оторваться от земли. А в 1908 году двухвинтовой вертолет Поля Корню с двигателем «Антуанетта» поднял в воздух и человека. Так началась эра винтокрылых машин.

М. ДМИТРИЕВ

Рисунки автора

НАУКА И ИСКУССТВО

В конкурсе «Наука как искусство», ежегодно проводимом американским Обществом исследования материалов, принимают участие тысячи специалистов. Сегодня мы публикуем несколько работ.

1. Эмбрион мыши.

2. Случайные узоры, созданные сульфидом мышьяка на хроме.

3. Магнитная жидкость, подкрашенная акварелью, сфотографированная в магнитном поле.

4. Язык бабочки.

5. Ходы, проделанные в почве колонией бактерий Myxococcus xanthus.

ВЕСТИ ИЗ ЛАБОРАТОРИЙ

Слухи о слухе

Физики из Университета Калифорнии установили, что в ушах человека есть специальные «усилители», позволяющие нам слышать даже самые тихие звуки.

Но обо всем по порядку.

Как известно, мы с вами живем в довольно-таки шумном мире. Сила звука обычно выражается в фонах, или относительных децибелах, названных в честь Александра Белла, изобретателя телефона. Эта единица измерения представляет собой минимальную разницу в силе звука, которую способно уловить ухо человека. Термин «децибел» (десятая часть бела) употребляется при измерении громкости чистых тонов.

Наиболее распространенные источники звука имеют следующие уровни громкости:

— шум дыхания человека равняется 10 дБ, или децибелам;

— шелест листвы, тихий шепот с расстояния одного метра равняется 15 дБ;

— тиканье часов — 30 дБ;

— приглушенный шум в зале ресторана, стрекот пишущей машинки — 50 дБ;

— шум от легкового автомобиля или громкий разговор с расстояния одного метра — 60 дБ;

— шум уличного транспорта — 70 дБ;

— шум в самолете — 100 дБ;

— треск отбойного молотка — 120 дБ;

— гром пушечного выстрела — 130 дБ;

— шум стартующей космической ракеты оценивается в 150–175 дБ.

Поскольку звуки играют довольно значительную роль в жизни многих живых существ, то природа за многие миллионы лет весьма усовершенствовала органы слуха. Акустические колебания, которые несут информацию о том или ином звуке, сначала попадают в ушную раковину, которая является своеобразным звукоуловителем. Далее звуковые волны идут по слуховому проходу, состоящему из узкого изогнутого канала, к барабанной перепонке и раскачивают ее.

Конечно, «раскачкой» это явление можно назвать лишь условно, потому что мы способны воспринимать столь слабые звуковые волны, при которых барабанная перепонка под их давлением перемещается всего лишь на 0,0000000001 миллиметра, то есть на расстояние в 1000 раз меньше диаметра атома водорода!

Далее движение перепонки передается в барабанной полости через специальный аппарат — слуховые косточки. Они усиливают толчки воздуха, связанные с колебаниями, и транслируют движение улитке, которая находится во внутреннем ухе и напоминает раковину морской улитки. Спирально закрученные каналы ее заполнены жидкостью.

Улитка устроена очень сложно, включает в себя несколько камер и мембран. На одной из мембран (она закручивается по спирали, повторяя извивы полости, и состоит из эластичных резонирующих волокон) расположен специальный рецепторный аппарат из волосковых слуховых клеток. Здесь происходит звуковое восприятие.

Так выглядят волосковые клетки под микроскопом.

Акустические волны вызывают резонанс тех волокон мембраны, собственная частота колебаний которых совпадает с частотой этих волн. Энергия звуковых колебаний с помощью чувствительных клеток преобразуется в нервный процесс и в виде электрического сигнала передается по слуховому нерву в кору головного мозга.

Таким образом, как мы видим, прежде чем звук будет воспринят мозгом, ему, этому звуку, необходимо из воздуха перейти в кость, из кости — в жидкость, а из жидкости с помощью рецепторных клеток преобразоваться в нервные импульсы.

И в этих процессах далеко не все тонкости исследованы до конца. Недавно объектом внимания калифорнийских ученых стали пучки волосковых клеток, полученные из внутреннего уха лягушек. Их колебания исследователи изучали при помощи анализа высокоскоростной видеозаписи.

Свои исследования ученые проводили на лягушках.

Исследователи показали, что волоски при достаточной силе сигналов колеблются синхронно, в такт. А вот звуки были очень слабы, и колебания волосков часто рассинхронизировались, словно бы в поисках нужной волны, после чего вновь восстанавливали фазовое «сцепление, пишут авторы статьи, опубликованной в Physical Review Letters. Такой механизм позволяет сделать слуховые рецепторы чувствительными даже к таким тихим сигналам, энергия которых не превышает обычного теплового шума.

Здесь нужно, наверное, сказать, что волосковые клетки являются рецепторами слуха у всех позвоночных.

Они собраны в пучки по 30–50 штук, колеблющихся как единое целое. Клетки расположены в Кортиевом органе внутреннего уха.

Как и всякий сложный прибор, орган слуха не «всеяден», обладает определенной избирательностью. Из огромного многообразия звуков, которыми наполнена Вселенная, живые существа слышат довольно узкий интервал звуковых частот. Так человек может воспринимать звуковые колебания в пределах от 10…20 до 15 000… 20 000 колебаний в секунду.

Именно поэтому, наверное, физики на основании полученных данных время от времени создают все новые приборы и устройства, которые превосходят возможности нашего слуха. Так, недавно немецкие ученые создали наноухо, которое в шесть раз чувствительнее нашего слуха.

Оно сконструировано из наночастиц золота при помощи оптического пинцета. Такой «пинцет» на самом деле представляет собой лазерный луч, сфокусированный в требуемой точке пространства. При попадании частицы в лазерный луч в ней возникает дипольный электрический момент, под действием которого частица перемещается в точку пространства, где интенсивность лазерного излучения наиболее высока. Эта технология применяется в микробиологии с 1980 года.

Далее движение перепонки передается в барабанной полости через специальный аппарат — слуховые косточки. Они усиливают толчки воздуха, связанные с колебаниями, и транслируют движение улитке, которая находится во внутреннем ухе и напоминает раковину морской улитки. Спирально закрученные каналы ее заполнены жидкостью.

Улитка устроена очень сложно, включает в себя несколько камер и мембран. На одной из мембран (она закручивается по спирали, повторяя извивы полости, и состоит из эластичных резонирующих волокон) расположен специальный рецепторный аппарат из волосковых слуховых клеток. Здесь происходит звуковое восприятие.

У СОРОКИ НА ХВОСТЕ

ЛИЧНЫЙ «ТИТАНИК» МИЛЛИАРДЕРА. Австралийский угольный «король», миллиардер Ральф Палмер заказал на китайской судоверфи за 200 млн. долларов «Титаник-2» — почти точную копию корабля, затонувшего в начале прошлого века. Отличаться от своего прототипа судно будет лишь дизельными силовыми установками вместо паровых котлов и машин (но 4 трубы для сохранения подобия все же поставят), а также увеличенным количеством спасательного оборудования. Ведь на трагически погибшем «Титанике», как известно, спасательных шлюпок катастрофически не хватало.

Интерьеры кают и прочих помещений корабля, а также меню завтраков, обедов и ужинов оставят такими же, какими они были на прототипе. Это уже вызывает некоторые нарекания будущих пассажиров. Ведь за прошедшее столетие понятия о комфорте и о гастрономических изысках сильно изменились.

Тем не менее, уже нашлись богачи, готовые заплатить за билет на первый рейс на новом старом корабле до миллиона долларов. Между тем, ныне обычное 7-суточное путешествие через Атлантику стоит от 1500 до 15 000 долларов; причем в последнем случае в распоряжение пассажира предоставляется 2-этажная каюта со всеми мыслимыми и немыслимыми удобствами.