Волны - Крауфорд Ф.
Скачать (прямая ссылка):
Чтобы убедиться в том, что это именно "концевой эффект", сделайте опыт с
толстыми и с тонкими трубками.
5.16. Опыт. Резонанс в картонных трубках. Воспользуйтесь трубками из
опыта 5.15. Вибрирующий камертон расположите у одного конца трубки.
Систему из двух трубок, вставленных одна в другую (опыт 5.15), будем
называть "тромбоном". Если взаимное расположение трубок таково, что
тромбон настроен на 523,3 гц, то вы услышите прекрасный громкий звук.
Если этого не происходит, настройте "тромбон" в резонанс. Вопросы: когда
тон (частота) собственных колебаний воздуха в трубке отличен от тона
(частоты) возмущающего трубку камертона, то какой тон (частоту) вы
слышите? (Сперва, пользуясь знанием теории вынужденных колебаний,
предположите, каким должен быть ответ. Затем сделайте опыт.)
Вот способ, с помощью которого можно получить прекрасный острый резонанс.
Расположите трубку вертикально, погрузив нижний конец в достаточно
глубокий сосуд с водой. Вибрирующий камертон держите у открытого конца.
Настройте трубку в резонанс, поднимая или опуская ее.
Рассмотрим еще один хороший способ настройки на резонанс. Наполните
бутылку водой примерно на две трети, так чтобы, продувая воздух вблизи
горлышка бутылки, вы слышали звук чуть-чуть выше, чем С523,3. Положите в
бутылку соломинку, а вибрирующий камертон расположите около горлышка.
Высасывая воду с помощью соломинки, настройте бутылку в резонанс.
Попробуйте петь, медленно меняя высоту тона. Вы сможете наблюдать
резонанс в картонных трубках, кувшинах, комнатах и туннелях. Вы услышите
и "почувствуете" сильные резонансы. Изменение импеданса может фактически
"выключить" вас или заставить сместиться к соседнему тону.
5.17. Опыт. Является ли звукоулавливающая система человека (барабанная
перепонка, нервы, мозг) фазочувствительным детектором? Давайте выясним
это! Иногда можно слышать утверждение, что человек обнаруживает
направление распространения звука, замечая временную задержку между
приходом гребня
240
волны в одно н другое ухо. Это означало бы, что человек реагирует на
сдвнгфаз между колебаниями обеих барабанных перепонок. Иными словами,
дело сводится к вопросу: можете ли вы ощутить разницу между следующими
двумя состояниями барабанных перепонок: 1) обе перепонки вогнуты, обе
перепонки выгнуты, обе перепонки вогнуты, обе перепонки выгнуты и т. д. и
2) левая перепонка вогнута, правая выгнута, левая перепонка выгнута,
правая вогнута н т. д.?
Вначале возьмем картонную трубку с открытыми концами (для получения
приятного громкого звука используем камертон С523). Пусть длина трубки
равна А/2. Это значит, что в момент, когда на правом конце трубки воздух
устремляется вправо, на левом конце он устремляется влево, т. е. при
резонансе скорости воздуха на обоих концах сдвинуты на 180°: в данный
момент времени на обоих концах воздух устремляется либо из трубки, либо в
трубку. Теперь ударьте два камертона С523 друг о друга одинаковым образом
и около каждого конца трубки поставьте по звучащему камертону, чтобы
получить биения. При максимальной интенсивности звучания каждый камертон
помогает воздуху идти туда, куда ему необходимо идти, чтобы резонировать,
т. е. в тот момент, когда камертон на одном конце толкает воздух в
трубку, камертон на другом конце делает то же самое, и т. д. В следующую
половину цикла биений мы имеем минимум интенсивности звука, исходящего нз
трубки. (Этот минимум равен нулю, если амплитуда колебаний обоих
камертонов одинакова.) Минимум образуется потому, что, когда один
камертон толкает воздух внутрь трубки, камертон на другом конце
вытягивает воздух из трубки. В этом случае действие камертонов
противоположно действиям, необходимым для поддержания резонанса.
Смысл этого опыта в том, что трубка может "сказать", колеблются ли
камертоны в фазе или в противофазе.
В случае переноса этого опыта на ваш слуховой аппарат вопрос ставится
следующим образом: если поднести к каждому уху по камертону, то услышите
ли вы биения? Сможет лн ваша звуковая система "сказать", что звук
приходит из левой части комнаты; что звук приходит из правой части
комнаты и т. д.? Такое чередование направлений должно соответствовать
максимумам и минимумам биений. Если правильно утверждение, что
направления распространения звука определяются по разности фаз, и если,
например, колебания одной барабанной перепонки опережают другую на 90°,
то мозг должен "сигнализировать", что звук приходит со стороны
опережающей барабанной перепонки. В нашем опыте это направление должно
меняться с частотой биений. Чтобы ответить на поставленный вопрос,
проделайте описанный опыт.
5.18. Опыт. Измерение разности фаз между двумя концами открытой трубки.
Положим, что у вас есть длинная трубка в виде шланга. Сверните ее и
положите в коробку. Пусть один открытый конец трубки выходит нз одного
края коробки, а другой из другого. Вы не знаете, какая часть трубки
(свернутой, как катушка) осталась в коробке (коробка закрыта). Добавив
