Созданы образцы искусственных гортаней, которые дают возможность людям внятно говорить. При этом человек пользуется воздухом легких, а высоту тона регулирует рукой. По трубке звук, полученный таким образом, поступает в воздушную полость, где и появляется речь. Речь человека с искусственной гортанью вполне членораздельна, ее можно хорошо понимать.
За последние годы в технику стремительно вошли приборы, использующие неслышимые звуки. Так называют упругие волны, частота колебаний которых более 16 тысяч или менее 16 герц. Обычные уши их не услышат, но возникают эти звуки очень часто.
Если тело колеблется менее чем 16 раз в секунду, то говорят, что оно излучает инфразвук, а если более 16 тысяч, то такое тело излучает ультразвук, тот самый ультразвук, о замечательных применениях которого так много сейчас пишут.
Ультразвук излучают специально устроенные излучатели, при помощи которых можно создать колебания, число которых в секунду достигает не только десятков тысяч, но даже сотен миллионов. Такое большое число колебаний в секунду не может осуществить ни одно механическое устройство. Но изобретательный ум человека использовал для этого одно из явлений природы и, если так можно выразиться, вывернул его наизнанку.
При этом и были получены колебания, число которых во много раз превышало 16 тысяч. Вот как это произошло.
В 1880 году французские ученые, братья Кюри, Пьер и Жорж, наткнулись на интереснейшее явление. Они обнаружили, что если взять кристалл кварца и сжать его в одном направлении, то на гранях, перпендикулярных этому направлению, возникнут электрические заряды: на одной грани положительные, а на противоположной — отрицательные.
Так как электрические заряды появлялись при сжатии кристалла, а по-гречески слово «давить» будет «пьезо», то явление это было названо пьезоэлектричеством.
Это явление привлекло к себе внимание многих исследователей. Начались поиски кристаллов, электризующихся при сжатии. Проходили они весьма успешно. За короткое время было обнаружено, что, кроме кварца, электризуются турмалин, сегнетовая соль, цинковая обманка, хлорат натрия и сахар. Все эти вещества получили название пьезоэлектриков.
Оказалось, что заряды на гранях кристаллов могут возникнуть и в том случае, когда кристаллы растягивают, но при этом образуются заряды противоположного знака.
Изучая это явление теоретически, ученые пришли к выводу, что пьезоэлектрический эффект может быть обратим. Это означало, что если на гранях кристалла расположить электрические заряды противоположных знаков, то он либо сожмется, либо растянется. Братья Кюри заинтересовались этим теоретическим предвидением и подвергли его экспериментальной проверке. Результаты их опытов оказались положительными: заряжая грани кристалла, они наблюдали сжатие и расширение. Однако серьезного практического применения этому явлению они не нашли. Правда, на этом принципе ими был сконструирован манометр — прибор для измерения давления, но особых преимуществ перед другими манометрами он не имел.
О замечательных особенностях кристаллов кварца, турмалина, сегнетовой соли и других постепенно стали забывать.
Явление пьезоэлектричества вскоре после его открытия осталось без всякого внимания, так как не нашло себе практического применения. Упоминали о нем на лекциях как о забавном способе получения электрических зарядов.
Но история развития науки знает немало таких примеров, когда ученые возвращались к давно открытым, оставленным без внимания явлениям, находясь в тупике при решении неотложной практической задачи. Так получилось и с пьезоэлектрическим эффектом. В мировую войну 1914–1918 годов немецкие подводные лодки серьезно затрудняли мореплавание надводных кораблей Франции и Англии. Нужно было найти способ обнаружить подводную лодку задолго до того, как она приблизится к надводному кораблю, чтобы нанести ему смертельный удар. За решение этой задачи взялся известный французский ученый Ланжевен. Ему пришла мысль воспользоваться тем, что лодка, двигаясь, создает винтом в воде упругие волны. Они распространяются со скоростью более 1500 метров в секунду. Следовательно, если погрузить кристалл кварца в воду, в которой происходят сжатия и разрежения, то он будет тоже сжиматься и растягиваться вследствие сжатия и разрежения окружающей его воды. На его гранях в это время будут появляться и исчезать электрические заряды, которые легко обнаружить.
