barzel

Как известно человек не оригинален. И при конструровании чего-либо он сначала проверяет, а не изобрел ли уже кто-нибудь велосипеда. Если он находит, то он как маленький мальчик разбирает на части и пытается собрать, попутно пытаясь понять устройство того что он разбирает. Такой процесс называется reverse ingeenering. Но есть и другой путь: подражать природе. У нее как никак в запасе было 5 миллиардов лет. Такое подражание природе называется бионика. Примером бионики могут быть кондиционеры, самолеты, антифриз, часы, компас, опреснение, электричество, эхолокация и многое другое. Сегодня я хочу остановиться на эхолокации или устройстве радаров и сонара.

Было открыто, что способность летучей мыши к навигации основана на использовании передачи звуковых колебаний. Летучая мышь посылает непрерывно генерируемые ее голосовыми органами ультразвуковые сигналы, которые отражаются от препятствий, возникающих на ее пути. Затем летучая мышь воспринимает отраженные сигналы — здесь действует способность ее мозга реагировать на них, определяя характер встреченного объекта, и регулировать полет. В затемненном помещении, где вдоль и поперек натянута тонкая проволока, летучие мыши летают и никогда не задевают ее. Они испускают ультразвуковые сигналы, которые отражаются от предметов и возвращаются к ним, что позволяет летучим мышам определить их положение и облететь их. Если записать ультразвук(частота выше 20 кГц и мы не можем ее слышать), испускаемый летучими мышами и пропустить его через понижающий фильтр (LPF) по мы услышим сначало редкие щелчки, а потом все более частые пока насекомое не будет локализовано и съедено. Использование для эхолокации именно ультразвука вполне естественно. Чем меньше длина волны излучения, тем более мелкими могут быть объекты, которые необходимо опознать при помощи эхо-сигналов. Кроме того, с уменьшением длины волны легче реализуется направленность излучения. Летучие мыши непрерывно испускают короткие импульсы частотно модулированных(FM) звуков- — своеобразных щелчков. Ежесекундно мышь производит около десяти таких щелчков. Реагировать на тот или иной объект она начинает на расстоянии порядка метра, при этом длительность посылаемых мышью ультразвуковых сигналов уменьшается в 10 раз.

Звуковой импульс, или "щелчок", начинается с частоты 80 - 90 кГц, которая за пару миллисекунд падает до 30 - 35 кГц. Такие импульсы испускаются со скоростью до 30 в секунду, когда летучая мышь находится в полете, и быстро учащаются при приближении насекомого-жертвы или препятствия. Сонар летучей мыши позволяет ей отличить эхо от неподвижного препятствия и эхо от движущегося объекта. Ученые полагают что л. мыши делают приблизительную оценку диапазона возможных частот жертвы. Находясь в движении, она не только различает объекты, но и способна воспринять слабенькое эхо от летящего комара на фоне во много раз более сильного эха от поверхности земли и деревьев. Правда есть умные насекомые, способные генерировать сигнал подобный сигналу самой мыши. Такихе насекомые становятся "сонарно" невидимыми. Для определения местанахождения объекта у мыши в мозгу имеется матрица. По ней она определяет где находится объект. Метаболизм у мышей очень высокий. Генерирование сигналов требует высоких затрат энергии, поэтому л. мышь охотится только на встречных насекомых. То есть внутри сгенерированного щелчка частоты падают с более высоких до очень низких(основано на эффекте Доплера).Нам этот эффект знаком по нарастающему шуму приближающегося поезда.

Есть куча видов л. мышей. В Израиле вышеописанным механизмом обладают насекомоядные летучие мыши (עטלף חרקים).

Изобретенные человеком радарные и сонарные системы действуют по тому же принципу, что и сонар летучей мыши. Эти наисовременнейшие устройства способны передавать сигналы и измерять время, требуемое для их отражения.
В древности скорость звука измеряли, ставя пушку на одной стороне долины, а наблюдатель располагался на другой ее стороне. Наблюдатель по часам отличал время, прошедшее между появлением вспышки и моментом, когда был услышан звук. Временем, за которое свет проходил это расстояние, пренебрегаем. Для того, чтобы в наибольшей степени устранить влияние ветра, с каждой стороны было по пушке и наблюдателю, и каждая пушка стреляла примерно в одно и то же время. Бралось среднее значение двух замеров времени.
Измерялась скорость звука и с помощью эха. Представим, что на расстоянии 50 м от стены стоит человек и производит один хлопок. Когда эхо услышано, звук прошел 100 м. Измерение этого интервала секундомером не будет достаточно точным. Вместе с тем если второй человек держит секундомер, а первый хлопает, то время для большого числа звуков эха может быть получено с достаточной точностью.
Предположим, что расстояние, на котором хлопающий человек находится перед стеной , составляет 50 м, а временной интервал между первым и сто первым хлопком составляет 30 с, тогда скорость звука равна отношению пройденного расстояния ко времени одного хлопка. Хлопков всего 100, время между первым и сто первым хлопком 30 секунд. Скорость звука получается 333 м/с.
Скорость звука в воздухе зависит от атмосферных условий: от изменения давления, изменения температуры. Звуковой барьер легче всего преодолеть на больших высотах, потому что там ниже температура. На скорость звука влияет и влажность воздуха. Ночью, когда влажность воздуха повышается, звуки распространяются быстрее. Частично из-за того, что имеет место температурная инверсия, при которой звуки преломляются таким образом, что они рассеиваются.