Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
Рыс. 74. Энергія ў гукавой хвалі, якая прыпадае на кожную адзінку паверхні, змяняецца адваротна прапарцыянальна квадрату адлегласці ад пунктавай крыніцы гуку.
тычна супадаючым з крыніцай гуку. Паверхня сферы будзе ўзрастайь
прапарцыянальна квадрату адлегласці ад крыніцы; рыс. 74 тлумачыць гэта. Энергія, якая прыпадае на кожную адзінку плошчы сферы, будзе змяняцца адваротна прапарцыянальна квадрату адлегласці ад крыніцы гуку. Адсюль: сіла гуку змяняецца адваротна прапарцыянальна квадрату адлегласці ад назіральніка да крыніцы гуку. Змяняецца пры гэтым і звязанае з гэтай велічынёй адчуванне гучнасці, што кожнаму вядома з практыкі.
Калі накіраваць гук уздоўж трубы з адным і тым жа папярочным сячэннем, то ў гэтым выпадку гук удалечыні амаль не траціць сваёй сілы. Малое аслабленне гуку з адлегласцю можна назіраць і ў доўгіх вузкіх калідорах.
Часта для перагавораў на адлегласці прымяняюцца конусападобныя трубырупары. Рупар не дае гукавым хвалям рассейвацца ва ўсе бакі і прымушае іх ісці ў адным напрамку. Рупарам можна карыстацца таксама для таго, каб сабраць рассеяныя гукавыя хвалі. Прыкладзём рупар да вуха яго вузкім бокам, і гукі ўзмоцняцца. На вуха дзейнічае ўся энергія, прыйшоўшая да знадворнага, шырокага боку
1 Ізатрапія (ад грэчаскіх слоў: ізас — аднолькавы, тропас — характар) — фізічная асаблівасць рада цел, якая заключаецца ў тым, што фізічныя ўласцівасці іх (цеплаправоднасць, пругкасць, электраправоднасць і інш.) аднолькавыя па ўсіх напрамках.
63
рупара. У колькі разоў знадворная адтуліна рупара па плошчы большая за адтуліну вуха, у столькі разоў будзе ўзмацняцца і гук.
Наша вуха забяспечана ўласным рупарам — вушной ракавінай. Часам, каб улаўліваць слабыя гукі, мы павялічваем гэты рупар, прыкладваючы руку да вушной ракавіны.
Чалавечае вуха з’яўляецца выключна адчувальным: яно ўлаўлівае гукі, якія ў мільён разоў слабейшыя за чалавечы голас звычайнай гучнасці. 3 другога боку, чалавек прывыкае пераносіць і такія моцныя гукі, як артылерыйская кананада.
Аднак наша вуха аказваецца не аднолькава адчувальным да гукаў рознай частаты; найбольш адчувальна яно да тонаў, якія знаходзяцца ў межах 1000 — 3000 гц. Каб гук быў пачут ва ўмовах найбольшай адчувальнасці (каля 2000 гц), гукавыя хвалі, як паказваюць сучасныя вымярэнні, павінны прыносіць да вуха за кожную секунду энергію не менш 5 трыльённых доляў эрга. Амплітуда ваганняў частачак паветра пры гэтым аказваецца менш адной дзесяцімільярднай міліметра. Цікава, што адчувальнасць вока да энергіі святла такога ж парадку, як і адчувальнасць вуха да энергіі гуку.
41. Тэмбр гуку. Усім добра вядома, што гукі адной і той жа вышыні, узноўленыя на скрыпцы, кларнеце, раялі, спеваком або спявачкай, адрозніваюцца адзін ад другога асаблівай якасцю — мяккасцю або рэзкасцю, меншай або большай выразнасцю. Мы па голасу пазнаём знаёмых нам людзей. Нават у аднаго і таго ж чалавека розныя галосныя адрозніваюцца адзін ад другога.
Тэмбрам гуку называецца асобая якасць гуку, яго своеасаблівая „афарбоўка".
Тэмбр тону дадзенай вышыні вызначаецца формай той перыядычнай крывой лініі, якая паказвае ваганні, утвараемыя крыніцай.
Гарманічныя ваганні цел утвараюць хвалю, якая мае форму, паказаную на рыс. 75а і называемую сінусаідальнай хваляй. Такая хваля дае адчуванне простага, або чыстага, тону.
У скрыпцы ж, дзе ваганні струн узбуджаюцца смычком, або, напрыклад, у язычковай трубе атрымліваюцца хвалі больш складанай формы (рыс. 756), якім адпавядаюць і больш складаныя гукі.
Пры дапамозе спецыяльных аналізатараў гуку можна ўстанавіць, што ўсякі складаны музычны гук складаецца з рада простых тонаў, частоты ваганняў якіх адносяцца, як 1 :2:3:4... Найбольш нізкі тон у складаным музычным гуку называецца а с н о ў п ы м. Ён мае такі ж перыяд, як і складаны гук. Астатнія простыя тоны, якія маюць у два, тры, чатыры і г. д. разоў большыя частоты, называюцца вышэйшымі гарманічнымі тонамі, або абертонамі. У §27 было ўстаноўлена, што складанне гарманічных ваганняў розных частот дае рэзультыруючае ваганне, якое абазначаецца складанай перыядычнай крывой (гл. рыс. 59г). Аналізатар жа дазваляе вылучыць тыя простыя ваганні, якія ўтвараюць складаны гук.
На рыс. 76 зверху паказан графік гукавой хвалі, якая ўзбуджаецца скрыпкай, а ўнізе тры сінусаідальныя хвалі, адна з якіх адпавядае
64
Рыс. 75а. Графік простага, або чыстага. тону.
асіюўнаму тону, а іншыя дзве — двум пайбольш інтэнсіўным абертонам гуку скрыпкі.
Падабраўшы адпаведнае спалучэнне чыстых тонаў пры дапамсзе камертонаў, можна ўзнавіць складаны гук, падобны па тэмбру да гукаў скрыпкі, язычковай трубы або іншых якіхнебудзь музычных інструментаў.
У музыцы ўжываюцца складаныя гукі, багатыя абертонамі. Чым больш да асноўнага тону прымешана абертонаў, тым, у залежнасці ад сілы кожнага з гэтых абертонаў, тэмбр гуку будзе больш поўным і разнастайным, г. зн. больш прыемным для слыху. Асабліва багатыя абертонамі гукі скрыпкі і галасы спевакоў.
«Простыя тоны, якія мы
Рыс. 756. Графік гуку, атрыманага ў язычковай трубе.
маем ад нашых камертонаў, — пісаў А. Г. Сталетаў, — не ўжываюцца ў музыцы: яны гэтак жа прэсныя і нясмачныя, як хімічна чыстая вада, — яны бесхарактарныя».
42. Адбіццё гукавых хваль. Калі гукавыя хвалі па сваім шляху сустракаюць якуюнебудзь перашкоду (горы, лес, сцяну і да т. п.),яны
Рыс. 76. a — графік складанага гуку скрыпкі; б — графік асноўнага тону гуку скрыпкі; в, г — графікі двух найбольш інтэнсіўных абертонаў гуку скрыпкі.
адбіваюцца. Калі адбітая гукавая хваля даходзіць да нашага вуха, мы чуем гук, які называецца р э х а м, або водгуллем.
Адбіты гук мы пачуем праз прамежак часу, на працягу якога гукавая хваля праходзіць двайную адлегласць паміж крыніцай гуку і перашкодай.
5 A. В. Пёрышкін. Курс фізікі, ч. II
65>
Гул грому тлумачыцца шматразовымі адбіццямі яго ад воблакаў і зямлі. Калі гук адбіваецца ад блізкіх перашкод, рэха зліваецца з першапачатковым гукам і ўзмацняе яго. Таму гукі ў зачыненых памяшканнях нам здаюцца больш гучнымі, чым на адкрытым паветры.
Памяшканні з гладкімі сценамі, падлогай і столлю маюць уласцівасць вельмі добра адбіваць гукавыя хвалі. 3 прычыны гэтага ў такім памяшканні атрымліваецца адчуванне вялікай гучнасці гуку; дзякуючы набяганню папярэдніх гукавых хваль на наступныя атрымліваецца перамешванне гукаў, уівараецца гул: гук у памяшканні не адразу знікае разам са спыненнем дзеяння яго крыніцы.
Акустыка памяшкання характарызуецца так званым часам рэверберацыі — часам згасання гуку да мяжы нячутнасці. Рэверберацыя залежыць, з аднаго боку, ад аб’ёму памяшкання, а з другога — ад яго формы і ад матэрыялу сцен, столі і падлогі.
Памяшканні з мяккай абіўкай сцен, драпіроўкамі, мяккай мэбляй, а таксама напоўненыя публікай, слабей адбіваюць гукавыя хвалі; у значнай стунені яны паглынаюцца мяккім асяроддзем, а таму і рэверберацыя іх значна меншая.
Але вельмі памяншаць рэверберацыю таксама не трэба, паколькі гукі тады надзвычай хутка гаснуць і не маюць дастатковай гучнасці і яркасці. Спевакі і музыканты ведаюць, як цяжка спяваць і іграць у невялікіх пакоях, перапоўненых мяккай мэбляй, драпіроўкай, дыванамі.
У адной з лепшых у акустычных адносінах залаў — у Калоннай зале Дома Саюзаў у Маскве. час рэверберацыі каля 1,75 сек, калі яна запоўнена публікай, і каля 4 сек— у пустой.
43. Стаячыя хвалі. Страсянём рукой свабодны канец вісячай вяроўкі. Па вяроўцы габяжыць хваля. Хваля дойдзе да замацаванага канца, адаб’ецца тут і пойдзе назад (рыс. 77). Калі мы будзем бесперапынна вагаць рукою канец вяроўкі, то атрымаецца рад бесперапынных бягучых хваль, якія ідунь адна за другой, а насустрач ім ад заманаванага канца пабяжыць такі ж рад адбітых хваль. Абедзве сістэмы хваль будунь накладвацпа адна на другую, утвараючы так званую с т а я ч у ю хвалю. Разгледзім працэс утварэння стаячай хвалі.
Рыс. 77. Атрыманне стаячых хваль на вяроўцы.
Няхай перыяды і амплітуды бягучых і адбітых хваль аднолькавыя. У некагоры момант часу абедзве хвалі будуць пакладвацца адна на другую так, як паказана на рыс. '78, а. Затым гэтыя хвалі разыйдуцца: адна перамесціцца на ііекаторую адлегласць управа, другая — на такую ж адлегласць улева (рыс. 78, б).
Пры супадзенні хваль пункты аь а2. «з ' г Д знаходзяцца ў становішчы раўнавагі. Яна захоўваецца і ў выпадку разыходжання хваль. Сапраўды, пры разыходжанні хваль адна хваля будзе зрушваць пункты ўверх, другая — настолькі ж уніз. Такія нерухомыя пункты называюцца вузлаыі.
£6
Уся вяроўка (рыс. 77) разбіваецца вузламі на некалькі аднолькавых вагаючыхся ўчасткаў. У той час як адзін э гэтых участкаў ідзе ўверх (грзбепь), суседні ўчастак адхіляецца ўніз (упадзіна).
Пункты Ьх, Ь2 Ь3 і г. д. пры супа Ь< Ьэ
дзенні хваль (рыс. 78, а) маюць найбольшыя зрушэнні, роўныя падвоенай амплітудзе (рыс 78, в). Пры разыходжанні хваль зрушэнні гэтых пунктаў будуць спадаць да нуля (рыс. 78, г, д). а затым зменяць свае напрамкі (рыс. 78 е, ж), дасягнуць найбольшай велічыій (рыс. 78, з) і зноў будуць спадаць да нуля і г. д. Тое ж будзе адбывацца і з пунктамі сх, с2, Сз ' г Д Чым бліжэй такі пункт размешчан да Ьх, Ь2 або да Ь3 і г. д., тым з большай амплітудай ён будзе вагацца,
Пункты Ьх, Ь2, Ь3, якія маюць найбольшыя амплітуды вагання, утвараюць п у ч н а с ц і стаячай хвалі
Адлегласць паміж дзвюма суседнімі пучнасцямі, або паміж двума суседнімі вузламі, роўна палавіне даўжыні хвалі, a адлегласць паміж вузлом > бліжэйшай пучпашю роўна чвэрці даўжыні хвалі.
3 рыс. 78 відаць, што ўсе пункты, размешчаныя паміж двума суседнімі вузламі, г. зн. пункты, якія належаць адной і той жа паўхвалі. маюць аднолькавы напрамак руху (напрыклад, усе рухаюцца ўверх або, наадварот, уніз) і вагаюцца з аднолькавымі фазамі. Пункты ж дзвюх суседніх паўхваль рухаюцца ў працілеглыя бакі (адны ўверх другія ўшз); фазы іх ваганняў працілеглыя. г. зн. адрозніваюцца на s або на 180°.
Энергія ў стаячай хвалі размеркавана так, што ў вобласцях, блізкіх да вузлоў хвалі, сканцэнтроўваецца галоўным чынам энергія патэвцыяльная, а ў вобласцях, блізкіх да пучнасцей хвалі, сканцэнтроўваецца энергія кінетычная. У той момант
часу калі кінетычная ^нергія хвалі да Рыс. 78. Да тлумачэння мехашзма сягае максімуму патэнцыяльная энергія ўтварзння стаячых хваль.
КНІГІ ОНЛАЙН
