Тестовые занимательные задачи по физике

Телефон

Телефон можно встретить повсюду. Что мы знаем о нем? Может быть, только стихи С.Маршака:

У меня зазвонил телефон.
–Кто говорит?
– Слон...

1. Как появилось слово телефон в русском языке?

Алиса. Это слово образовано от двух греческих слов: thle – далеко, и jwnh – голос, звук.
Виктор. Да, греческое слово jwnh означает звук. Поэтому в целом слово телефон означает звук издалека.

2. Кто изобрел телефон?

Борис. Американский ученый-физик А.Белл.
Алиса. Он был вовсе не физиком, а профессором физиологии органов речи Бостонского университета.
Борис. Если это физиолог, то как он мог додуматься до изобретения технического устройства?
Алиса. Врач по профессии, А.Белл работал с людьми, страдающими дефектами речи и потерявшими слух. Стремление помочь людям и любовь к девушке, оглохнувшей после тяжелой болезни, побудили его сконструировать прибор, с помощью которого можно было бы общаться.
Виктор. Но такие приборы уже были! вспомните, Циолковский на старости лет плохо слышал и, чтобы общаться с собеседником, вставлял в ухо специальное устройство, напоминающее рупор.
[Борис. С помощью такого устройства нельзя переговариваться «из-за угла». Белл предложил передавать звук по проводам, а их можно проложить по какому угодно пути. Правда, история свидетельствует, что Белл был не единственным. Одновременно патент на аналогичное изобретение получил американский физик
Э.Грей. Однако Белл откупил у него патентные права и организовал фирму, ставшую впоследствии знаменитой. – Ред.]

3. Как звук передается по проводам?

Алиса. По проводам передается не звук, а переменный электрический ток, точнее, электрические сигналы. Чтобы передавать звуки по телефонной линии, необходимо прежде всего преобразовать звуковые колебания, соответствующие речи или музыке, в электрические сигналы. Для этой цели делают микрофоны – приборы, создающие своего рода электрическую «копию» звука.
Борис. Чтобы передать звук, вовсе не нужно что-то преобразовывать. Я могу использовать для этой цели два спичечных коробка или две консервные банки. Между ними туго натягивается нитка или проволока. Один спичечный коробок я прикладываю к уху, а в другой может говорить мой друг. Прекрасно работает такая линия.
Виктор. В твоей линии звук передается по нитке как по твердому телу. Никаких преобразований в этом случае со звуком не происходит, т.к. в нитке распространяются продольные звуковые волны. Но с помощью такого «телефона» невозможно переговариваться на значительных расстояниях.
[Алиса. В первых телефонных аппаратах Грея и Белла звуковые колебания заставляли вибрировать кожаную мембрану, к центру которой был прикреплен игольчатый электрод. Этот электрод своим концом был опущен в проводящую жидкость, находящуюся в контакте с другим, неподвижным электродом. Оба электрода подсоединялись к батарее гальванических элементов. Когда мембрана, а с ней и электрод, вибрировали, электросопротивление жидкости изменялось, и в цепи возникал переменный ток, который и передавался по проводам. Приемником служила катушка электромагнита, вызывавшего механические колебания кожаной мембраны слуховой трубки. Впоследствии электромагнит был заменен постоянным магнитом со свободно насаженной на него катушкой. Это уже была трубка Белла, способная служить и приемником, и передатчиком. Правда, расстояние между ними не могло превышать 10 км. –Ред.]

Виктор. Современный телефонный аппарат состоит из корпуса, телефонной трубки, номеронабирателя и соединительных проводов.
Борис. В телефонной трубке находится телефон и микрофон. А в корпусе аппарата находятся электрический звонок и трансформатор.
Алиса. В корпусе современных телефонов находятся электронные схемы, с помощью которых передаваемые аналоговые сигналы усиливаются, фильтруются от посторонних шумов и кодируются в цифровые сигналы. К некоторым аппаратам добавляются автоответчики, устройства для распознавания номеров и устройства памяти, позволяющие помнить часто используемые телефонные номера.

5. Чем телефон отличается от микрофона?

Алиса. Трубка Белла позволяла и принимать, и передавать звук, но пользоваться ею было неудобно. Трубка современного телефонного аппарата состоит как бы из двух трубок Белла.
Борис. Ты права, в принципе. Но современное устройство еще и гораздо сложнее. В верхней части телефонной трубки расположен телефон, т.е., по сути, электромагнит. Этот электромагнит устроен так: на полюсы постоянного магнита, который используется в качестве сердечника, намотаны две катушки из тонкого медного провода. Когда по катушке течет ток, она становится дополнительным магнитом и, если ее магнитное поле совпадает по направлению с полем постоянного магнита, то мембрана, изготовленная из тонкого стального листа, притягивается, а если не совпадает, то эта же мембрана отталкивается. Когда по катушке проходит переменный ток, соответствующий звуковому сигналу, мембрана колеблется. Она вызывает колебания окружающего воздуха, и мы слышим звук.
Виктор. Устройство микрофона точно такое же: колебания мембраны вызывают изменения магнитного поля пропорционально амплитуде звуковой волны. В результате индукции в катушке наводится ЭДС. Электрические сигналы усиливаются электронными схемами и передаются по проводам к другому телефону. Телефон первого абонента всегда подключен к микрофону второго, и наоборот.
Борис. Так была устроена трубка Белла. Микрофон же устроен по-другому. Это металлическая коробочка, внутри которой находится угольный порошок. Передняя стенка коробочки – мембрана, а задняя, массивная и неподвижная, является электродом. Когда перед микрофоном говорят, мембрана микрофона колеблется, в результате меняется расстояние между электродом и мембраной. Толщина слоя угля определяет омическое сопротивление микрофона. Если слой становится тоньше, то ток, проходящий через микрофон, увеличивается, и наоборот. В результате звуковое давление окружающего мембрану воздуха преобразуется в электрический сигнал – переменный ток звуковой частоты. Этот ток передается по проводам к другому телефонному аппарату.

6. Как происходит набор номера?

Виктор. Когда человек набирает номер, он вращает номеронабиратель, закручивая тем самым его пружинку. Затем он убирает палец с номеронабирателя, предоставляя ему возможность вернуться в исходное состояние. Во время возвращения специальный механизм замкнет и разомкнет контакты такое число раз, какую цифру человек набирает, таким образом, в линию, связывающую ваш телефон и автоматическую телефонную станцию (АТС), уйдет определенное число импульсов тока.
Алиса. На своем телефонном аппарате я ничего не вращаю – я просто нажимаю кнопки, соответствующие той или иной цифре. Значит, мой телефонный аппарат работает по-другому.
Борис. В твоем телефонном аппарате каждое нажатие кнопки преобразуется в определенное число импульсов тока. Преобразование происходит с помощью электронных схем, а не с помощью механических контактов.

7. Как работает телефонный звонок?

Борис. Так же, как и любой электрический звонок. отличие только в том, что звонок в телефонном аппарате всегда подключен к линии, если телефонная трубка не поднята.
Виктор. Телефонный звонок представляет собой электромагнит. Катушка намотана на металлический сердечник, а к ее торцу прикреплены подвижный контакт и якорь с молоточком. Как только по катушке проходит электрический ток, она становится электромагнитом, электромагнит притягивает якорь, молоточек ударяет по чашечке звонка (слышен звук), и подвижный контакт размыкает цепь. Электрический ток по катушке перестает течь, якорь возвращается в исходное состояние. Снова замыкается подвижный контакт, и все начинается сначала.
Алиса. В моем телефоне нет звонка.
Борис. Такого не может быть!
Алиса. Мой телефон вовсе не звонит, а подает звуки определенной тональности.
Виктор. Не спорьте, друзья. В некоторых современных телефонах нет звонков, их заменяют электронные генераторы. Звук приятнее, его легко регулировать по громкости, кроме того, можно подобрать любую приятную для вас тональность или даже мелодию.

8. Для чего нужен трансформатор?

Виктор. Трансформатор нужен для того, чтобы предотвратить поражение человека электрическим током.
Алиса. Как это?
Виктор. Так как телефонные аппараты соединяются между собой на значительных расстояниях, то вполне могут возникнуть всякие непредвиденные ситуации. Например, идет гроза, в телефонную линию ударила молния или на нее случайно упал провод электрической линии электропередачи.
Алиса. Трансформатор в телефонном аппарате служит в качестве усилителя электрического сигнала.
Борис. Совершенно верно. Чем длиннее линия, тем больше ее омическое сопротивление, тем слабее сигнал на концах этой линии. Так как телефонные провода довольно тонкие (с малым поперечным сечением), то электрический ток доходит до аппарата очень слабым, его необходимо усилить.

9. Почему при дальней связи кричать в трубку бесполезно?

Борис. Между телефонами расположенными в разных городах, огромное расстояние, электрический сигнал значительно ослабевает, поэтому приходиться на междугородных линиях сигнал усиливать. Такое усиление делают несколько раз, причем до определенной величины, поэтому как ни кричи в свой телефон, все будет бесполезно.
Виктор. Не все электрические сигналы, поступающие на междугороднюю автоматическую телефонную станцию, усиливают, некоторые, наоборот, ослабляют. Это вызвано тем, что если по линии связи, а это два провода, идет какой-то сигнал, то он должен быть примерно равным по величине сигналу в другой линии связи, в другой паре проводов. В противном случае будут прослушиваться разговоры других абонентов, ведь все пары объединяются вместе в телефонном многожильном кабеле, и сигналы более мощные будут наводить ЭДС в соседних.
Алиса. Кричать в трубку всегда бесполезно, лучше поднести микрофон ближе к губам.

10. В последнее время все чаще и чаще можно видеть объявления, где наряду с телефонным номером дается номер факса. Чем отличается факс от телефона?

Борис. Так как номера телефона и факса одни и те же, то, видимо, отличий нет.
Виктор. Оба устройства подключаются к телефонной линии, но по факсу можно передать и письменные сообщения, а по телефону – только устные.
Алиса. Факс – это печатающее устройство, специальный прибор, чем-то напоминающий пишущую машинку. Кроме того, часто телефонную линию подключают к компьютеру, такое устройство называется факс-модем.

Коды правильных ответов