Курс фізікі, ч. II
Памер: 223с.
Мінск 1958
робіцца мінімальнай. Пра? чвэрць перыяду
максімуму дасягае чнергія патэнцыяльная, а энерпя кінетычная спадае да нуля.
Такім чынам, у стаячай хвалі адбываецца бесперапыннае ператеарэнне і пераразмеркаванне энергіі, але пераносу энергіі няма. Адсюль
і тэрмін «стаячая хваля»
44. Найранне гукавых стаячых хваль. Падоўжныя стаячыя хвалі можна
выявіць у паветры на наступным доследзе.
Рыс. 79. Дзеянне стаячых хваль на парашок у трубцы.
5*
67
Возьмем шкляную трубку, закрытую з аднаго канца (рыс. 79), насыплем у яе невялікі слой дробных сухіх коркавых апілак. Узбудзім цяпер перад адкрытьш канцом трубкі моцны гук. Ад гэтага канца трубкі ў паветры будзе рас
Рыс. 80. Камертоны на скрынках для назірання гукавога рэзанансу.
паўсюджвацца падоўжная хваля, якая, дайшоўшы да канца трубкі, адаб’ецца ад яго. У выніку ўзаемнага накладання бягучых і адбітых хваль у трубцы ўтвараюцца стаячыя хвалі. Парашок у пучнасцях устрэсваецца, у вузлах жа застаецца ў спакоі. Размяшчэнне парашку ўтварае «пыльныя фігуры» паводле якіх можна меркаваць аб даўжыні стаячых хваль. Напаўняючы трубку якімінебудзь іншымі газамі (напрыклад, вуглякіслым газам, свяцільным газам), мы заўважым. што даўжыня хваль, утвораных ад адной і той жа крыніцы ваганняў, у розных газах розная.
У вуглякіслым газе даўжыня хвалі меншая, у свяцільным газе, наадварот,
■большая ў параўнанні з даўжынёй хвалі ў паветры. Паколькі перыяд ваганняў у нашым доследзе — велічыня пастаянная, то з формулы 1 = оТ вынікае, што скорасць распаўсюджвання хваль у вуглякіслым газе і ў свяцільным газе павінна
быць іншай, чым у паветры. У свяцільным газе хвалі распаўсюджваюцца хутчэй, а ў вуглякіслым газе больш павольна. чым у паветры.
Даўжыні гукавых хваль у паветры, успрыймаемыя нашым вухам, знаходзяцца ў межах ад 20 м (для самых нізкіх гукаў) да 1 см (для самых высокіх).
Гукавыя хвалі адной і той жа частаты ў вадзе ў 4 —2~ раза, а ў жалезе ў 10 у раза даўжэйшыя, чым у паветры.
45. Гукавы рэзананс і рэзанатары. З’яву рэзанансу можна назіраць на механічных ваганнях любой частаты, у прыватнасці і на гукавых ваганнях. Праробім наступны дослед. Паставім побач два аднолькавыя камертоны A і В, павярнуўшы адтуліны скрынак, на якіх яны ўмацаваны, насустрач адна другой (рыс. 80). Удараючы гумавым малатком па камертону А, прывядзём яго ў ваганне, а затым прыглушым пальцамі. Мы пачуем гук ад другога камертона В, які адклікаецца на ваганні камертона А падобна таму, як у доследах з маятнікамі (рыс. 62) маятнік С адклікаўся на ваганні маятніка A
Зменім перыяд вагання камертона В, надзеўшы на ножку яго невялікую муф
ў свяцільным газе павінна
Рыс. 81. Рэзананс паветранага слупа ў трубцы.
тачку. Паўтарыўшы дослед, мы выявім, што
цяпер камертон В ужо не адклікаецца на ваганні камертона А.
Гукавыя хвалі, утвораныя камертонам А, дайшоўшы да камертона В, узбуджаюць вымушаныя ваганні яго з частатой, роўнай частаце ваганняў камертона А. Калі частата ваганняў камертона В
«8
такая ж, як і камертона А, то мае месца рэзананс: камертон В моцна разгойдваецца. Калі ж частата камертона В іпшая, то вымушаныя ваганні яго будуць настолькі слабымі, што гуку мы не пачуем.
Усе гэтыя з’явы мы і назіралі на’ нашых доследах.
Разгледзім цяпер, якую ролю адыгрываюць скрынкі, на якіх устанаўліваюцца камертоны. Праробім яшчэ адзін дослед. Апусцім у пасудзіну з вадой шырокую шкляную трубку (рыс. 81) і прымусім гучаць над яе адтулінай камертон. Вымаючы трубку з вады, мы будзем павялічваць слуп паветра ў ёй. Пры пэўнай даўжыпі слупа
Рыс. 82. Рэзанатар Гельмголыіа.
Рыс. 83. Будова вуха чалавека.
паветра ў трубцы мы пачуем досыць моцны гук. Калі далей вымаць пакрыху трубку з вады, гук будзе слабець і, нарэшце, зробіцца нячутным.
Вымярэнні паказваюць, што найменшая даўжыня рэзаніруючага слупа паветра заўсёды роўна —|даўжыні хвалі дадзенага гуку. Таму камертон устанаўліваецца на рэзанапсавую скрынку, якая пабудавана так, што даўжыня яе роўна —^ даўжыні гукавой хвалі, узбуджаемай дадзеным камертонам. Пры гэтых умовах слуп паветра ў скрынцы вагаецца ў рэзананс з ваганнямі камертона, што і стварае больш моцную гукавую хвалю ў акружаючым паветры, чым вагаючыяся ножкі аднаго толькі камертона.
Рэзананс шырока выкарыстоўваецца ў музычных інструментах для ўзмацнення іх гуку.
Нямецкі вучоны Гельмгольц (1821 —1894) пабудаваў асобыя рэзанатары, кожны з якіх адклікаецца толькі на якінебудзь адзін тон (рыс. 82). Вузкай адтулінай рэзанатар прыкладваецца да вуха. Праз шырокую адтуліну паступаюць у рэзанатар гукавыя хвалі. Унутры рэзанатар пусты. Уласны тон рэзанатара лёгка пачуць, прадзімаючы струмень паветра каля шырокай яго адтуліны. У складаным гуку такі рэзанатар адклікаецца толькі на тон, які супадае
63
з яго ўдасным тонам. Маючы калекцыю такіх рэзанатараў, можна
прааналізаваць розныя складаныя гукі, утвараемыя рознымі інструментамі: струннымі, духавымі, ударнымі, голасам і г. д. Удаецца
такім спосабам вылучаць асобныя тоны з розных шумаў.
Рэзанатары ёсць і ў нашым галасавым апараце. Крыніцамі гуку ў галасавым апараце з’яўляюцца галасавыя звязкі. Яны прыходзяць у ваганне дзякуючы прадзіманню паветра з лёгкіх і ўзбуджаюць гук, асноўны тон якога залежыць ад іх нацяжэння. Гэты гук багаты абертонамі. Гартань узмацняе тыя з абертонаў, частата ва
ганняў якіх блізкая да яе ўласнан частаты. Далей гукавыя хвалі пападаюць у поласць рота. Для кожнай галоснай ёсць сваё асобае становішча рота і ў выніку гэтага пэўная форма рэзанатарнай поласці ў роце.
46. Фізіка вуха. Вуха ўяўляе сабой складаны гукапрыёмны апарат, які працуе ў надзйычай шырокім дыяпазоне частот і амплітуд.
Рыс. 84. Слухаючы двума вушамі, мы заўсёды можам павярнуць галаву так, што будзем глядзець па напрамку крыніцы гуку.
Гукавыя хвалі спачатку дасягаюць нашага знадворнага вуха — яго вушной ракавіны, якая ўяўляе сабой рупар, што збірае гукавыя хвалі. Па знадворнаму слыхавому праходу гукавыя хвалі даходзяць да барабаннай перапонкі / (рыс. 83), якая аддзяляе зпадворнае вуха ад сярэдняга. Пад уплы
вам прыходзячых хваль гэтая перапонка вагаецца, утвараючы вымушаныя ваганні з частатой успрыймаемага гуку. Ваганні барабаннай перапонкі пры дапамозе дзеючай як рычаг сістэмы сучлененых костачак 2' малагочка, кавадла і стрэмечка — перадаюцца так званаму авальнаму акну 3, якое закрывае ўнутраную поласць вушнога лабірынта. Вушны лабірынт у той яго частцы, дзе ляжаць адчувальныя да механічнага раздражнення канцы слыхгвога нерва, запоўнен вадкасцю — эндалімфай.
Унутры знаходзіцца так званая асноўная мембрана 4, якая складаецца з некалькіх тысяч (каля 4500) валокнаў рознай даўжыні, настроеных кожнае на некаторы пэўны тон.
Прыйшоўшыя ва ўнутрапае вуха гукавыя хвалі абумоўліваюць ваганні тых валокнаў асноўнай мембраны, якія настроены на частоіы, што змяшчаюцца ў гэтых хвалях.
3 прыведзенага вышэй апісання слыхавога ўспрыймання робіцца зразумелым, чаму наша вуха здольна адрозніваць асобныя тоны ў складаным гуку, напрыклад у музычным акордзе.
Вялікае значэнне мае тое, што ў нас не адно вуха, а два аднолькавыя. Аказваецца, з дапамогай двух вушэй мы можам вызначыць напрамак. па якому да нас даходзіць гук. Калі ж адно з нашых вушэй закладзена ватай, мы не можам дакладна вызначыць, адкуль да нас нясуцца гукі. Слухаючы двума вушамі, мы заўсёды можам павярнуць галаву так, што будзем глядзець па напрамку крыніцы гуку (рыс. 84).
70
47. Запіс і ўзнаўленне гуку. Магчымасць запісваць гукі і затым узнаўляць іх была адкрыта яшчэ ў 1877 г. амерыканскім вынаходцам Эдысонам. Гуказапіс хутка ўвайшоў у наша жыццё. Мала цяпер знойдзецца людзей, якія не ведалі б гукаўзнаўляльных апаратаў — грамафонаў1 або іх партатыўных узораў — патэфонаў. Дзякуючы магчымасці запісваць і ўзнаўляць гукі, паявілася гукавое кіно.
Запіс музычных твораў, дакладаў, апавяданняў і нават цэлых п’ес на патэфонныя пласцінкі стаў масавай формай гуказапісу, разлічанага на самае шырокае кола спажыўцоў.
Існуе некалькі сістэм гуказапісу. 3 іх механічная сістэма, прынцып якой быў адкрыт Эдысонам, з’яўляецца да гэтага часу адной засноўных. Гэтая сістэма прайшла вялікі шлях развіцця, дасягнуўшы
даскана
ў нашы дні высокай ласці.
Рыс. 85. Схема механічнага запісу гуку.
Рыс. 86. Выгляд гукавых баразёнак на пласцінцы (праз лупу баразёнкі бачны зусім выразна).
На рыс. 85 дадзена спрошчаная схема механічнага гуказапісваючага прыстасавання.
Гукавыя хвалі ад крыніцы (спевака, аркестра і г. д.) трапляюць у рупар Р, у якім замацавана тонкая пругкая пласцінка М, называемая мембранай. Пад дзеяннем гэтых хваль мембрана вагаецца. Ваганні мембраны перадаюцца звязанаму з ёю разцу А, вастрыё якога чэрціць пры гэтым на верцячымся дыску /7 гукавую баразёнку. Гукавая баразёнка закручваецца па спіралі ад краю дыска да яго цэнтра.
На рыс. 86 паказан выгляд гукавых баразёнак на пласцінцы (праз лупу баразёнкі бачны зусім выразна).
Дыск, на якім робіцца гуказапіс, вырабляецца са спецыяльнага мяккага матэрыялу; звычайна гэта васковы сплаў, які складаецца
1 Грамафон — ад грэч. слоў: г ра м a — запіс, фо не — гук.
71
з рада мінеральпых, раслінвых і жывёльных воскаў, а таксама іншых арганічных рэчываў. 3 гэтага васковага дыска здымаюць гальванапластычным спосабам медную копію (клішэ), якой затым робяць адбіткі на дысках, вырабленых са спецыяльных матэрыялаў. Так атрымліваюцца грамафонныя пласцінкі.
Пры ўзнаўленні гуку ставяць грамафопную пласцінку пад іголку, звязаную з мембранай грамафона, і прыводзяць пласцінку ў вярчэнне.
Рухаючыся па хвалістай баразёнцы пласцінкі, канец іголкі вагаецца; разам з ім вагаецца і мембрана, прычым гэтыя ваганні досыць дакладна ўзнаўляюць запісаны гук.
У наш час шырокае распаўсюджванне атрымаў магнітны гуказапіс1 з дапамогай спецыяльных апаратаў (напрыклад, ма гн і тафона ў). Магнітны гуказапіс настолькі павысіў якасць узнаўлення гуку, што ён стаў пераўзыходзіць усе іншыя віды гуказапісу.
Практыкаванне 12.
1. Назіральнік, стоячы на адлегласці 200 л ад вертыкальнай скалы, адрывіста выгукнуў. Праз колькі часу ён пачуе рэха? Скорасць распаўсюджвання гуку прыняць
м роўнай 340 — •
2. Два паслядоўныя гукі адчуваюцца намі раздзельна толькі ў тым выпадку, 1
КНІГІ ОНЛАЙН
