В детстве все читали увлекательную книжку "красного графа" Алексея Толстого "Гиперболоид инженера Гарина", написанную практически 100 лет назад - в 1927 году.
Посредством своего "гиперболоида" Гарин концентрировал световые лучи, что позволяло с легкостью разрушать любые преграды.
Существует мнение, что более правильным названием устройства Гарина должно было бы быть "параболоид". Толстой соглашался с этим и говорил, что об этом знает, однако выбрал слово «гиперболоид» из-за более внушительного звучания. Да полюбому книжка фантастическая, реализовано подобное устройство быть не может.
Свойства параболоида вращения и его применение
Итак, параболоид, или, еще правильнее, параболоид вращения. Параболоид вращения получается вращением параболы, в итоге получается изображенная ниже поверхность.
Параболоид обладает замечательным свойством - если в особой, лежащей на его оси точке поместить точечный (т.е. как можно более компактный) источник света, то параболоид сконцентрирует свет параллельным (по факту слегка расходящимся) пучком. Эта особая точка называется фокусом параболоида.
Данным свойством можно воспользоваться для создания фонарика или прожектора. Рефлектор фонарика выполняется в форме параболоида, а источник света (лампочка накаливания или светодиод) помещается в фокусе, что позволяет послать в пространство параллельный пучок световых лучей.
Луч света прожектора хорошо виден ночью или в тумане, но параболоид позволяет сконцентрировать невидимые радиоволны, а также звуковые волны. Спутниковая антенна (тарелка) также параболоидальной формы, в фокусе которого помещается приемник, от которого сигнал по кабелю отправляется к телевизору.
Параболоид в акустике
Отсюда идея звукового телефона с 2 параболическими тарелками. Одна тарелка на рисунке ниже.
Здесь все в порядке с фокусом - он обозначен кольцом, положение фокуса по вертикали зафиксировано 2 прикрепленными в параболоиду распорками, по горизонтали одной прикрепленной к ободу распоркой. Ничего лишнего.
Две таких тарелки, названные "шепчущими тарелками", установлены в Центре для посетителей обсерватории Джодрелл Бэнк, что в английском графстве Чешир (откуда родом Чеширский Кот). Обсерватория уважаемая, в 1957 году была единственной в мире, способной отслеживать российские спутники.
Центр для посетителей в основном преподносит посетителям (школьным экскурсиям) популярные знания. На территории центра установлены 2 направленные друг на друга тарелки, и концентрированный одной тарелкой шепот или тихий разговор слышен на расстоянии нескольких десятков метров.
При одном (или двух) условиях - говорить нужно, обращаясь лицом к своей тарелке, при расположении источника звука (рта) строго в фокусе параболоида, лишь тогда параллельный (или незначительно расходящийся) пучок звуковых волн достигает без потерь второго параболоида. Подслушивающий при этом должен располагать ухо в фокусе своего эллипсоида.
Тут и зарыта собака. На обоих эллипсоидах должен быть четко обозначен фокус. Он и обозначен - кольцом, зафиксированным относительно параболоида. Поскольку тарелки большого диаметра, к ним пристроена лесенка со ступеньками и поручнями.
Чеширский кот с Алисой смотрят в сторону Новосибирска
Есть ли в Новосибирске подобное обучающее пособие? Есть, и именно там, где ему и положено быть - на площадке Новосибирского планетария. Только ничему это наглядное пособие не учит - напротив, оно внушает антизнание. Фото ниже.
Ниже фото параболоида в более крупном масштабе.
Где фокус, из которого надо говорить или из которого слушать? Дети настолько грамотны, что будут самостоятельно его искать? Сколько вариантов взаимного расположения рта и уха придется перебрать, чтобы наткнуться на зернышко истины? А сам интерфейс зеркала с дыркой посередине предполагает воспользоваться им как рупором - присев лицом друг к другу, кричать в дырку "Ты меня слышишь?". Очень познавательно. Если громко кричать в тихую безветренную погоду, на пределе срыва связок, звук обогнет вторую тарелку и достигнет ушей глядящего в дырку собеседника.
Инструкции нет никакой, лишь к зеркалу прикреплена табличка, ничего не проясняющая и лишь все затемняющая.
Любопытно, кто автор сего наглядного пособия и кто выдавал техническое задание. И самое главное - где обратная связь. Сколько заслуженных учителей физики, отличников просвещения, не говоря уже о рядовых никак и ничем не отмеченных, приводили своих учеников на экскурсию. Вопросов не возникало?
Или вопросы возникали, но сработал принцип невмешательства. Умных не любят, при случае обойдут категорией, грамотой, значком. А уж медали Ушинского точно не видать. Давайте здесь сообща полюбуемся на эти замечательные знаки профессионального мастерства и достоинства.
Вопрос, зачем вообще школьнику знать, что такое параболоид и каковы его свойства? Да служить попадет в ПВО, где параболоид на каждой второй радиолокационной станции. И пока ему внятно не объяснят, что к чему, будет искать на параболоиде дырку, в которую надо кричать.
P.S. 26 мая 2024 г.
Как говаривал товарищ С.П. Королев, "Не согласен - критикуй, критикуешь - предлагай". Дальше следует "предлагаешь - делай, делаешь - отвечай!", но делать не по зарплате автора, соответственно последовательность обрывается, не за что и отвечать.
Но где же у тарелок из Большого Новосибирского планетария фокус? Для нахождения фокуса надо прежде убедиться, что форма тарелки параболоидная. У сферического зеркала и аберрации (искажения) сферические, четко выраженного фокуса нет.
Для нахождения фокуса, если оно изначально не было задано при расчете параболоида, достаточно знать раскрыв параболоида D (диаметр тарелки) и его глубину (от плоскости раскрыва до вершины H).
Расстояние от вершины до фокуса F=D*D/(16*H).
Измеряем: D=1,81 м. Р=0,29 м.
Вычисляем: F=1,81*1,81/(16*0,29)=0,71 (м).
Остается привести фото параболоида сбоку и отметить точку фокуса.
Как и у параболоида обсерватории Джодрелл Бэнк, фокус находится за плоскость раскрыва. В любом случае, та доля звуковых волн, падающих на параболоид, будет им концентрироваться. Чтобы эту долю увеличить, приходится увеличивать размер параболоида при сохранении формы. Но без сохранения пропорций, чтобы сохранить положение фокуса - увеличение диаметра вдвое потребует увеличения глубины вчетверо.
Случай не единичный. В нескольких километрах от планетария Михайловская набережная. Со своим примером кем-то обоснованного и упорно отстаиваемого недомыслия. Ссылка ниже.
Куда ведет Михайловская набережная Новосибирска
P.S.
Планетарий как учреждение муниципального дополнительного образования подчинен департаменту образования мэрии. О безграмотности экспоната извещен начальник департамента. Реакция ожидаемая - отписка; экспонат не демонтирован и не исправлен.