|
|
|
Ãëàâà 2. Ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ è âîëíû. Çâóê § 30. Èñòî÷íèêè çâóêà. Çâóêîâûå êîëåáàíèÿ
Ïîëó÷åííûå çíàíèÿ î êîëåáàíèÿõ è âîëíàõ ïîçâîëÿþò íàì ïåðåéòè ê ðàññìîòðåíèþ çâóêîâûõ ÿâëåíèé. Ìèð îêðóæàþùèõ íàñ çâóêîâ ðàçíîîáðàçåí — ãîëîñà ëþäåé è ìóçûêà, ïåíèå ïòèö è æóææàíèå ï÷¸ë, ãðîì âî âðåìÿ ãðîçû è øóì ëåñà íà âåòðó, çâóê ïðîåçæàþùèõ àâòîìîáèëåé, ñàìîë¸òîâ è ò. ä. Èñòî÷íèêàìè çâóêà ÿâëÿþòñÿ êîëåáëþùèåñÿ òåëà.  ýòîì ìîæíî óáåäèòüñÿ íà ïðîñòûõ îïûòàõ. Ðàññìîòðèì èõ. Íà ðèñóíêå 74 èçîáðàæåíà óêðåïë¸ííàÿ â òèñêàõ óïðóãàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ ëèíåéêà. Åñëè å¸ ñâîáîäíóþ ÷àñòü, äëèíà êîòîðîé ïîäîáðàíà îïðåäåë¸ííûì îáðàçîì, ïðèâåñòè â êîëåáàòåëüíîå äâèæåíèå (êðàéíèå ïîëîæåíèÿ êîëåáëþùåéñÿ ëèíåéêè ïîêàçàíû øòðèõîâûìè ëèíèÿìè), òî ëèíåéêà áóäåò èçäàâàòü çâóê.  äàííîì ñëó÷àå êîëåáàíèÿ èñòî÷íèêà çâóêà î÷åâèäíû.
Òåïåðü îáðàòèìñÿ ê ðèñóíêó 75. Íà í¸ì èçîáðàæåíà çâó÷àùàÿ ñòðóíà, êîíöû êîòîðîé çàêðåïëåíû. Ðàçìûòûå î÷åðòàíèÿ ýòîé ñòðóíû è êàæóùååñÿ óòîëùåíèå â ñåðåäèíå ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ñòðóíà êîëåáëåòñÿ. Åñëè ê çâó÷àùåé ñòðóíå ïðèáëèçèòü êîíåö áóìàæíîé ïîëîñêè, òî ïîëîñêà áóäåò ïîäïðûãèâàòü îò òîë÷êîâ ñòðóíû. Ïîêà ñòðóíà êîëåáëåòñÿ, ñëûøåí çâóê; îñòàíîâèì ñòðóíó, è çâóê ïðåêðàùàåòñÿ. Ïðèáîð, èçîáðàæ¸ííûé íà ðèñóíêå 76, íàçûâàåòñÿ êàìåðòîíîì. Îí ïðåäñòàâëÿåò ñîáîé èçîãíóòûé ìåòàëëè÷åñêèé ñòåðæåíü íà íîæêå.  äàííîì ñëó÷àå êàìåðòîí óêðåïë¸í íà ðåçîíàòîðíîì ÿùèêå (î íàçíà÷åíèè êîòîðîãî âû óçíàåòå èç § 40). Åñëè ïî êàìåðòîíó óäàðèòü ìÿãêèì ìîëîòî÷êîì èëè ïðîâåñòè ïî íåìó ñìû÷êîì, òî êàìåðòîí çàçâó÷èò. Ïîäíåñ¸ì ê çâó÷àùåìó êàìåðòîíó ë¸ãêèé øàðèê (ñòåêëÿííóþ áóñèíêó), ïîäâåøåííûé íà íèòêå, — øàðèê áóäåò îòñêàêèâàòü îò êàìåðòîíà, ñâèäåòåëüñòâóÿ î êîëåáàíèÿõ åãî âåòâåé.
Íà ðèñóíêå 77 ïîêàçàíî, êàê ìîæíî «çàïèñàòü» êîëåáàíèÿ êàìåðòîíà ñ ìàëîé (ïîðÿäêà 16 Ãö) ñîáñòâåííîé ÷àñòîòîé è áîëüøîé àìïëèòóäîé êîëåáàíèé. Ê êîíöó îäíîé âåòâè êàìåðòîíà ïðèâèí÷åíà òîíêàÿ è óçêàÿ ìåòàëëè÷åñêàÿ ïîëîñêà, îêàí÷èâàþùàÿñÿ îñòðè¸ì. Îñòðè¸ çàãíóòî âíèç è ñëåãêà êàñàåòñÿ ëåæàùåé íà ñòîëå çàêîï÷¸ííîé ñòåêëÿííîé ïëàñòèíêè. Ïðè áûñòðîì ïåðåìåùåíèè ïëàñòèíêè ïîä êîëåáëþùèìèñÿ âåòâÿìè îñòðè¸ îñòàâëÿåò íà íåé ñëåä â âèäå âîëíîîáðàçíîé ëèíèè. Âîëíîîáðàçíàÿ ëèíèÿ, ïðî÷åð÷åííàÿ íà ïëàñòèíêå îñòðè¸ì, î÷åíü áëèçêà ê ñèíóñîèäå. Òàêèì îáðàçîì, ìîæíî ñ÷èòàòü, ÷òî êàæäàÿ âåòâü çâó÷àùåãî êàìåðòîíà ñîâåðøàåò ãàðìîíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ. Ðàçëè÷íûå îïûòû ñâèäåòåëüñòâóþò î òîì, ÷òî ëþáîé èñòî÷íèê çâóêà îáÿçàòåëüíî êîëåáëåòñÿ (õîòÿ ÷àùå âñåãî ýòè êîëåáàíèÿ íåçàìåòíû äëÿ ãëàçà). Íàïðèìåð, çâóêè ãîëîñîâ ëþäåé è ìíîãèõ æèâîòíûõ âîçíèêàþò â ðåçóëüòàòå êîëåáàíèé èõ ãîëîñîâûõ ñâÿçîê, çâó÷àíèå äóõîâûõ ìóçûêàëüíûõ èíñòðóìåíòîâ, çâóê ñèðåíû, ñâèñò âåòðà, øåëåñò ëèñòüåâ, ðàñêàòû ãðîìà îáóñëîâëåíû êîëåáàíèÿìè ìàññ âîçäóõà. Íî äàëåêî íå âñÿêîå êîëåáëþùååñÿ òåëî ÿâëÿåòñÿ èñòî÷íèêîì çâóêà. Íàïðèìåð, íå èçäà¸ò çâóêà êîëåáëþùèéñÿ ãðóçèê, ïîäâåøåííûé íà íèòè èëè ïðóæèíå. Ïåðåñòàíåò çâó÷àòü è ìåòàëëè÷åñêàÿ ëèíåéêà, èçîáðàæ¸ííàÿ íà ðèñóíêå 74, åñëè ïåðåìåñòèòü å¸ â òèñêàõ ââåðõ è òåì ñàìûì óäëèíèòü ñâîáîäíûé êîíåö íàñòîëüêî, ÷òîáû ÷àñòîòà åãî êîëåáàíèé ñòàëà ìåíüøå 16 Ãö. Èññëåäîâàíèÿ ïîêàçàëè, ÷òî ÷åëîâå÷åñêîå óõî ñïîñîáíî âîñïðèíèìàòü êàê çâóê ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ ñ ÷àñòîòîé â ïðåäåëàõ îò 16 äî 20 000 Ãö (ïåðåäàþùèåñÿ îáû÷íî ÷åðåç âîçäóõ). Ïîýòîìó êîëåáàíèÿ ýòîãî äèàïàçîíà ÷àñòîò íàçûâàþòñÿ çâóêîâûìè.
Ñëåäóåò îòìåòèòü, ÷òî óêàçàííûå ãðàíèöû çâóêîâîãî äèàïàçîíà óñëîâíû, òàê êàê çàâèñÿò îò âîçðàñòà ëþäåé è èíäèâèäóàëüíûõ îñîáåííîñòåé èõ ñëóõîâîãî àïïàðàòà. Îáû÷íî ñ âîçðàñòîì âåðõíÿÿ ÷àñòîòíàÿ ãðàíèöà âîñïðèíèìàåìûõ çâóêîâ çíà÷èòåëüíî ïîíèæàåòñÿ — íåêîòîðûå ïîæèëûå ëþäè ìîãóò ñëûøàòü çâóêè ñ ÷àñòîòàìè, íå ïðåâûøàþùèìè 6000 Ãö. Äåòè æå, íàîáîðîò, ìîãóò âîñïðèíèìàòü çâóêè, ÷àñòîòà êîòîðûõ íåñêîëüêî áîëüøå 20 000 Ãö. Ìåõàíè÷åñêèå êîëåáàíèÿ, ÷àñòîòà êîòîðûõ ïðåâûøàåò 20 000 Ãö, íàçûâàþòñÿ óëüòðàçâóêîâûìè, à êîëåáàíèÿ ñ ÷àñòîòàìè ìåíåå 16 Ãö — èíôðàçâóíîâûìè. Óëüòðàçâóê è èíôðàçâóê ðàñïðîñòðàíåíû â ïðèðîäå òàê æå øèðîêî, êàê è âîëíû çâóêîâîãî äèàïàçîíà. Èõ èçëó÷àþò è èñïîëüçóþò äëÿ ñâîèõ «ïåðåãîâîðîâ» äåëüôèíû, ëåòó÷èå ìûøè è íåêîòîðûå äðóãèå æèâûå ñóùåñòâà. Óëüòðàçâóê íàõîäèò øèðîêîå ïðèìåíåíèå â òåõíèêå. Íàïðèìåð, íàïðàâëåííûå óçêèå ïó÷êè óëüòðàçâóêà ïðèìåíÿþòñÿ äëÿ èçìåðåíèÿ ãëóáèíû ìîðÿ (ðèñ. 78). Äëÿ ýòîé öåëè íà äíå ñóäíà ïîìåùàþò èçëó÷àòåëü è ïðè¸ìíèê óëüòðàçâóêà. Èçëó÷àòåëü äà¸ò êîðîòêèå ñèãíàëû, êîòîðûå äîõîäÿò äî äíà è, îòðàæàÿñü îò íåãî, äîñòèãàþò ïðè¸ìíèêà. Ìîìåíòû èçëó÷åíèÿ è ïðè¸ìà ñèãíàëà ðåãèñòðèðóþòñÿ. Òàêèì îáðàçîì, çà âðåìÿ t, êîòîðîå ïðîõîäèò ñ ìîìåíòà îòïðàâëåíèÿ ñèãíàëà äî ìîìåíòà åãî ïðè¸ìà, ñèãíàë, ðàñïðîñòðàíÿþùèéñÿ ñî ñêîðîñòüþ è, ïðîõîäèò ïóòü, ðàâíûé óäâîåííîé ãëóáèíå ìîðÿ, ò. å. 2h: 2h = Îòñþäà ëåãêî âû÷èñëèòü ãëóáèíó ìîðÿ:
Îïèñàííûé ìåòîä îïðåäåëåíèÿ ðàññòîÿíèÿ äî îáúåêòà íàçûâàåòñÿ ýõîëîêàöèåé. Âîïðîñû1. Ðàññêàæèòå î õîäå îïûòîâ, èçîáðàæ¸ííûõ íà ðèñóíêàõ 74—77. Êàêîé
âûâîä èç íèõ ñëåäóåò?
Óïðàæíåíèå 28Çâóê îò âçìàõîâ êðûëüåâ ëåòÿùåãî êîìàðà ìû ñëûøèì, à ëåòÿùåé ïòèöû — íåò. Ïî÷åìó?
|
|
|
-->