Rozpatrzymy teraz wypadek, kiedy przez jakąś przestrzeń przebiegają różne od siebie fale elektro
magnetyczne, wysyłane równocześnie z kilku oddziel
nych źródeł. Jak zachowają się przyrządy kontrolne, umieszczone w takiej przestrzeni?
Wiadomo, że niemożliwą jest rzeczą, ażeby jedna i ta sama osoba tańczyła równocześnie np. walca, polkę i mazura w tak t trzech różnych melodyj, gra
nych równocześnie przez trzy różne orkiestry. A każdy przyrząd kontrolny (busola, wahadełko elektryczne i t. p.) jest właśnie takim tancerzem, który tańczy tak, jak mu przygrywa falowanie elektromagnetyczne. Cóż więc ma robić „biedny“ detektor, skoro umieścimy go w ro
jowisku większej ilości krzyżujących się wzajemnie
Zbiorowiska fal. 59
Ryc. 25. Zbiorowisko fal.
fal (ryc. 25), z których każda posiada Inną częstotli
wość zmian, inne natężenie i inny sposób narastania względnie zanikania linij sił?
Zanim odpowiemy na to pytanie, rozważmy naj
pierw wypadki analogiczne, ale zaczerpnięte z dzie
dziny materjalnej.
W ytrąćmy wahadło z położenia równowagi i obser
wujmy jego wahania. Mierząc z zegarkiem w ręku czasy trwania poszczególnych wahnieó oraz ilość w a
hań, przypadających na każdą np. minutę, zauważymy, że czasy wahań są sobie dokładnie równe, a ilości wahań są w każdej minucie jednakowe. Ta ilość wah- nień nie zmienia się, pomimo że kąty wychylenia wa
hadła stale maleją.
Podobnie zachowuje się cały szereg innych ciał.
Np. struna skrzypcowa „a“, potrącona jednorazowo palcem, wykonywa zawsze po 435 drgnień w każdej sekundzie.
60 Zbiorowiska fal.
Wogóle wszelkie ciała sprężyste lub zdolne do w y
konywania ruchów wahadłowych, wytrącone z poło
żenia równowagi, drgają (wahają) ze ściśle określoną częstością. Tę częstość nazywamy częstością drgań własnych albo drgań swobodnych danego ciała.
Ilość drgań swobodnych zależy od wymiarów da
nego ciała, jego sprężystości, masy, kształtu i t. p. Tak np. liczbę drgań swobodnych struny można zmienić przez silniejsze napięcie lub zluźnienie struny, ilość w ahań wahadła przez wydłużenie albo skrócenie wa
hadła.
Zobaczymy teraz, jak ważną nieraz rolę odgrywają drgania swobodne ciał.
Oto np. chcemy dzwonić wielkim dzwonem kościel
nym. Niewielka to sztuka ciągnąć za sznur. Tak; ale nie dokaże tej sztuki naw et największy siłacz, jeżeli zacznie targać sznurem na chybił trafił, bez żadnej uwagi. Raczej sznur zerwie i ręce pokaleczy, a dzwonu nie rozkołysze. Czyżby więc aż takiej siły potrzeba do tego? Nie. Wszak już po pierwszem pociągnięciu sznura dzwon ruszy z miejsca i będzie kołysał się dalej sam bez żadnej pomocy obcej. Widocznie więc następne pociągnięcia sznurem nietylko nic nie pomagały, ale jeszcze ruchowi przeszkadzały. Natomiast wątły naw et chłopiec potrafi dzwonić przez dłuższy czas, byleby tylko, skupiając uwagę na kołyszącym się dzwonie, pociągał sznurem w odpowiednim rytmie. Mianowicie tempo pociągnięć powinno odpowiadać swobodnym wahaniom dzwonu.
Podobnie ma się rzecz i z wahadłem. Ktoby np. za
wiesił ciężką kulę na sznurze i walił w nią kijem poomacku, to raczej kij połamie, a wahadła rytmicznie
Zbiorowiska fal. 61
nie rozrusza. Przymocujmy jednak do tej kuli dowolną ilość długich nitek i dajmy drugi koniec każdej nitki innemu człowiekowi do ręki. Rozstawmy teraz wszyst
kich tych ludzi dokoła wahadła i umówmy się, że na dany znak zaczną wszyscy targać swojemi nićmi, ale każdy z inną częstością. Cóż się stanie ? Oto po krótkiej chwili zostaną wszystkie nici — z wyjątkiem jednej — zerwane. Ta jedna nietylko się nie zerwała, ale utrzy
muje nawet kulę w ruchu wahadłowym, pobudzając ją za każdym razem do coraz większych wychyleń. Każdy rozumie, że uprzywilejowaną wybranką była ta nitka, wzgl. ta osoba, która pociągała z częstością równą liczbie swobodnych drgań wahadła.
Zamiast nitek możnaby rozdać ustawionym dokoła osobom miechy, skierowane wylotami w stronę kuli wahadłowej. Gdyby teraz każdy człowiek dmuchał ze swego miecha z przerwami, ale każdy z tą sam ą czę
stością, co poprzednio, to i skutek byłby ten sam, co przedtem. Mianowicie kula zostałaby wprowadzona w ruch wahadłowy; jednakże byłaby to zasługa jed
nego tylko miecha, t. j. tego, który dmuchał z często
ścią, równą ilości drgań swobodnych wahadła. Podmu
chy innych miechów stanowiły tu tylko zbyteczny akompanjament.
Gdybyśmy górny koniec sznura wahadłowego owi
nęli na wałku lub na kołowrotku, to moglibyśmy w łatwy sposób przez obracanie wałkiem zmieniać dowolnie długość wahadła i w ten sposób „dostrajać“
je szybko do odbioru tych bodźców (podmuchów), na których nam zależy. Możnaby naw et umieścić przy korbie tarczę z odpowiednią skalą.
Rozważmy jeszcze wypadek odwrotny. Niech wisi
62 Zbiorowiska fal.
w pokoju większa ilość wahadeł, z których każde po
siada inną długość, a więc i inną częstość drgań swo
bodnych. Gdybyśmy przy pomocy ustawionego gdzieś w kącie miecha, wytwarzali uryw ane podmuchy o pew
nej stałej częstości, to już po krótkim czasie zauwa
żylibyśmy, że jedno z wahadeł porusza się rytmicznie, podczas gdy inne pozostają w spoczynku. Porusza się oczywiście to wahadło, którego częstość drgań swo
bodnych jest równa częstości nadciągających z kąta podmuchów powietrza.
Słowem, naw et słabe bodźce wystarczają do wpra
wienia jakiegoś ciała w ruch wahadłowy lub drgający, byleby częstość tych bodźców odpowiadała liczbie drgań swobodnych danego ciała. Obojętną zaś jest rzeczą, skąd te bodźce pochodzą i jakiej są one n a
tury. Mogą to być pchnięcia mechaniczne, impulsy elektryczne, magnetyczne i t. p.
Teraz powrócimy do fal elektrycznych.
Tak busola (wzgl. igła magnetyczna busoli) jak i wahadełko elektryczne posiadają zawsze pewną, ściśle określoną częstość własnych drgań swobod
nych. W ytrącone bowiem z położenia swojej równo
wagi, zatrzymują się dopiero po kilku lub kilkunastu wahnieniach. Częstość tych kilkunastu wahnień swo
bodnych może być większa albo mniejsza, zależnie od wymiarów igły (wahadełka), stopnia jej namagneso
wania i t. d.
Otóż igła magnetyczna busoli, wystawionej na dzia
łanie kilku fal naraz, znajduje się w sytuacji analo
gicznej do położenia nieruchomego wahadła wśród dmuchających zewsząd miechów. Zmienne bowiem pola magnetyczne usiłują poruszać igiełką. Ale każda
Zbiorowiska fal. 63
fala posiada inną częstość zmian, każda więc radaby potrząsać igiełką na swój sposób. Igła więc zacznie drgać tylko pod tym warunkiem, jeżeli przynajmniej jedna z atakujących ją fal posiada częstość zmian równą liczbie swobodnych drgań igły. Na wszystkie inne fale pozostanie nieczułą.
Podobnie zachowa się także wahadełko elektryczne, naelektryzowane np. ujemnie. Kuleczka takiego w aha
dełka może zostać wprawiona w ruch wahadłowy dzia
łaniem tylko takiej fali, której impulsy (w tym wy
padku elektryczne) uderzałyby o nią w takt jej wła
snych wahań swobodnych. Gdyby takich właśnie im
pulsów nie było, kuleczka wisiałaby nieruchomo, gdyż fale innej częstotliwości nie wywołałyby u niej żadnego skutku. Dopiero zmianą długości nitki możnaby dostroić wahadełko do odbioru pożądanej fali.
Przypuśćmy jeszcze, że nitka byłaby wykonana z jakiegoś ciągliwego materjału, np. z bardzo elastycz
nej gumki. Długość takiego wahadełka zmieniałaby się ustawicznie, albowiem przy słabych naw et poru
szeniach, przypadkowych wstrząsach i t. p. ulegałaby ciągłym wydłużeniom wzgl. skróceniom. Wskutek tego liczba drgań swobodnych byłaby nieokreślona i w każ
dej chwili inna. Wahadełko reagowałoby co chwila na falę innej częstotliwości. Ruchy jego możnaby przy
równać do tańca, wykonywanego przez tancerza, który co chwila wpada w takty i tem pa innych melodyj, granych równocześnie przez różne orkiestry. Taniec taki byłby oczywiście karykaturą i chaotyczną gmatwa
niną niezharmonizowanych ze sobą ruchów.
Takim lichym i niemuzykalnym tancerzem jest źle wykonany radioodbiornik. Mówimy wtedy, że aparat
64 Zbiorowiska fal.
jest mało selektywny. Dobra selektywność jest jedną z podstawowych zalet aparatu odbiorczego.
Jak z dotychczasowych rozważań wynika, większa ilość fal, przebiegających równocześnie przez ten sam obszar, zupełnie sobie wzajemnie nie przeszkadza.
Możemy naw et z takiego zbiorowiska każdą oddziel
nie wyłowić. Jednakże wyżej podany sposób w yła
wiania fal byłby możliwy tylko wtedy, gdyby często
tliwość fal była mniejsza, niż jest w rzeczywistości.
Wiadomo nam mianowicie, że częstotliwość fali elektrycznej jest naogół bardzo wysoka. Oto chcąc np.
„chwytać“ zapomocą w ahadełka elektrycznego fale ra- djostacji warszawskiej, musielibyśmy sporządzić w aha
dełko, którego liczba własnych drgań swobodnych wy
nosiłaby 270 tysięcy n a sekundę (tyle drgań pełnych, t. j. każde drgnienie rozumiane jako dwa wahnięcia — tam i zpowrptem). Ale, niestety, budowa takiego wa
hadełka jest całkiem niemożliwa. Bo ileż musiałaby wynosić długość takiego w ahadełka? Wszyscy wiemy z doświadczenia i z wielokrotnych obserwacyj, że im wahadło jest krótsze, tern szybsze są jego, wahania swobodne. Długość więc naszego w ahadełka musiałaby być bardzo a bardzo malutka. Nie przytaczając (prostego bardzo) rachunku, podajemy już tylko gotowy wynik w cyfrach zaokrąglonych. Mianowicie, ktoby chciał sporządzić takie wahadełko, musiałby pociąć niteczkę o długości 1 milimetra na 292 miljony równych sobie części i na końcu takiego ultramikroskopijnego strzępka zawiesić m alutką kuleczkę, naelektryzowaną np. ujemnie.
Niemniejsze czekałyby nas trudności, gdybyśmy chcieli schwytać pożądaną falę przy pomocy kuleczek
Zbiorowiska fal. 65
luźnych, wsypanych np. do odpowiedniej rynienki. Ku
leczki takie, poddane działaniu nadciągającej fali, usi
łowałyby przebiegać rytmicznie wzdłuż rynienki, tam i napowrót, w takt zmiennych impulsów fali. Lecz jakżeż lekkie, jak prawie nieważkie musiałyby być takie kuleczki materjalne, ażeby cała ich kolumna mogła nadążyć za rytm iką fali i w takt zawrotnego jej tem pa przerzucać się naprzemian w obie strony rynienki.
Któż tego dokaże? Kto wykona takie kuleczki? Kto i w jaki sposób naelektryzuje je jeszcze odpowiednio?
Zapewne nikt z ludzi. Ale kuleczki takie istnieją w przyrodzie już gotowe, naelektryzowane nawet ujemnie. Są to elektrony swobodne, zaw arte w każ
dym przewodniku. W ystarczy wystawić kaw ał drutu na działanie fali elektrycznej, by zaw arte w nim elektrony swobodne pobudzić do tańca. Nadciągająca bowiem fala elektryczna rzuca niemi jak piłką w obrębie prze
wodnika.
Oczywiście i w tym wypadku mają one ściśle okre
śloną częstość drgań własnych, zależną od długości drutu, od jego kształtu i t. p. (o czem będzie jeszcze mowa w następnych rozdziałach). Jednakże częstość tę umiemy dowolnie regulować, dostrajając ją do często
tliwości pożądanej fali.
Na czem polega to dostrajanie? — Odpowie na to każdy radjoamator, gdyż — jak łatwo się domyślić — taką rynienką, w której odbywają się pląsy elektro
nów swobodnych, jest antena każdego radioodbiornika.
Zasady regulowania ilości drgań własnych anteny omówimy później (w rozdz. X i XI). Tutaj ograniczamy się tylko do uwagi, że „strojenie“ anteny odbiorczej polega na nakładaniu elektronom pewnego rodzaju
wę-H arce elektronów 5
66 Muzyka fal.
dzideł w postaci różnych bodźców i przeciwbodźców, na sprzężeniu anteny z całym szeregiem hamulców i przeszkód — wszystko na to, by elektrony nie bry
kały tak, jak one chcą, tylko jak my chcemy. W szyst
kie te urządzenia zapobiegawcze znajdują się w skrzynce aparatu odbiorczego (cewki indukcyjne, kondensatory, oporniki).
Dodamy jeszcze, że słabe naogół prądy, powstające w antenie odbiorczej, można wielokrotnie wzmocnić kosztem energji, czerpanej z baterji własnej za po
średnictwem lamp katodowych.
R o z d z i a ł VIII.