|
|
|
|
Предыдущие вопросы Следующие вопросы
Интерференция Отражение фокусировка 11. Акустика исповедальни. Известны помещения, обладающие весьма необычной акустикой, — некоторые из них фокусируют звуки. По-видимому, такая фокусировка была использована в "ухе Дионисия" в сиракузской темнице, где стены отражали разговоры и даже шепот узников в скрытую трубу, через которую властитель мог их прослушивать. Можно привести пример и из недавних времен: это старое помещение палаты представителей в Капитолии в Вашингтоне. Его своды были устроены так, что благодаря отражению даже шепот с одного конца зала был слышен в противоположном. Не раз, по слухам, конгрессмены попадали в неловкое положение, когда какой-нибудь секрет их партии, который они поверяли сидящему рядом коллеге, становился широко известным. Весьма любопытный случай произошел в соборе Джиргенти на острове Сицилия. По форме собор напоминает эллипсоид вращения: звук, произнесенный в одном фокусе, почти столь же отчетливо слышен в другом. Вскоре после постройки собора в одном из фокусов по недоразумению устроили исповедальню. Случайно один человек обнаружил второй фокус и стал развлекаться тем, что слушал сам и приводил друзей послушать то, что предназначалось ушам одного только исповедника. Однажды, говорят, в исповедальню пришла его собственная жена и он вместе со своими друзьями узнал секреты, которые отнюдь не позабавили его. Рэлеевские волны дальность и интенсивность отражение 12. Таинственная галерея шепотов. Лорд Рэлей первым объяснил загадку галереи шепотов, расположенной под куполом лондонского собора Святого Павла. На этой большой галерее очень хорошо слышен шепот. Если, например, ваш приятель шепнул что-нибудь, обернувшись к стене, то вы услышите его, в каком бы месте галереи вы ни стояли (рис. 12 а). Как ни странно, вы слышите его тем лучше, чем более “прямо в стенку” он говорит и чем ближе к ней стоит. Сводится ли эта задача просто к отражению и фокусировке звука? Чтобы исследовать это, Рэлей изготовил большую модель галереи. В одной точке ее он поместил манок — свистульку, какой охотники приманивают птиц, в другой — чувствительное пламя, которое чутко реагировало на звук. Когда звуковые волны от свистульки достигали пламени, оно начинало мерцать и таким образом служило индикатором звука. Вы, наверное, нарисовали бы путь звука так, как показано стрелкой на рис. 12б. Но, чтобы не принимать это на веру, представьте себе, что где-то между пламенем и свистулькой у стены галереи помещен узкий экран (рис. 12в). Если ваше предположение относительно хода звуковых волн верно, то при звуке свистульки пламя все равно должно мерцать, так как экран, казалось бы, находится в стороне! Однако в действительности, когда Рэлей установил этот экран, пламя перестало мерцать. Каким-то образом экран преградил путь звуку. Но как? Ведь это всего лишь узенький экранчик и расположен он вроде бы в стороне от пути звука. Полученный результат дал Рэлею ключ к разгадке секрета галереи шепотов.
13. Молния без грома. Нередко мы видим вспышку молнии, но не слышим грома. Как правило, раскаты грома редко распространяются на расстояния более 25 км. Почему? Неужели 25 км такое уж большое расстояние для звука? Нет, орудийные выстрелы и разрывы снарядов доносятся значительно дальше. Почему же на таком расстоянии не слышен гром? Преломление 14. Подводная лодка крадется “в тени”. Хотя системы звуколокации достаточно чувствительны, чтобы обнаружить подводную лодку на очень большом расстоянии, их реальный радиус действия обычно ограничен несколькими километрами (а в тропиках и того меньше). Рассмотрим, например, случай, когда локатор и подводная лодка расположены примерно на одной глубине. По некоторой I причине (которая отнюдь не сводится к простому ослаблению звука в воде) звуковой луч, направленный на лодку, не достигает ее. Как говорят, лодка находится “в тени”, и обнаружить ее невозможно. Почему возникают такие области тени? Рис. 14 Дифракция 15. Если приоткрыть дверь в шумный коридор... Когда я закрываю дверь своего кабинета, которая выходит в шумный коридор, в комнате становится тихо. Если же дверь открыть настежь, то шум мешает работать. А что если дверь приоткрыть чуть-чуть? Должно быть, это почти то же самое, что и закрыть ее? Однако я убедился, что в этом случае шум ничуть не меньше, чем при широко открытой двери? Почему же узкая щель так разительно усиливает шум в моем кабинете? Вибрация, кавитация, резонанс 16. Шумящие водопроводные трубы. Почему водопроводные трубы порой начинают рычать и стонать, когда мы открываем или закрываем кран? Почему это не происходит непрерывно? Где именно возникает звук: в водопроводном кране, в части трубы, примыкающей непосредственно к крану, или в каком-нибудь изгибе ее где-то дальше? Почему шум начинается только при определенных уровнях расхода воды? Наконец, почему шум можно устранить, присоединив к водопроводной трубе закрытую с другого конца вертикальную трубку, в которой находится воздух? 17. Почему, когда мы прикладываем к уху раковину, нам слышится “шум моря”? 18. Голос разбивает бокалы. Оперный певец способен разбить большой винный бокал, спев очень громко определенную высокую ноту. Почему разбивается стекло и почему для этого должна быть спета определенная нота? Почему эта нота должна звучать несколько секунд, прежде чем бокал разобьется? Резонанс уравнение Бернулли 19. “Музыкальная” игрушка. Конструкция этой игрушки, очень проста: всего-навсего кусок гофрированной пластиковой трубки вроде шланга от пылесоса, открытый с обоих концов. Если взять трубку за один конец и крутить над головой (рис. 19), раздается музыкальный звук. Чем выше скорость вращения, тем выше тон; переход от одной ноты к следующей происходит не плавно, а скачком. Если вооружить такими игрушками большую компанию, то звук получится устрашающий. В одной из английских постановок шекспировского “Сна в летнюю ночь” феи для пущего эффекта сопровождали такими звуками свое колдовство. Как образуется звук в этой игрушке и почему переход от тона к тону происходит скачкообразно? Быть может, вы захотите отмахнуться от этих вопросов, сославшись на тот раздел в учебнике, где говорится о резонансе в открытых трубах. Однако прежде вы должны понять, почему вообще возникает звук, почему его частота зависит от скорости вращения, и представить себе, как движется воздух в трубке. И лишь тогда вы можете ссылаться на учебник, в котором объясняется, почему создаются и усиливаются только определенные частоты внутри трубы. Влияет ли на частоту звука центробежная сила, действующая на трубку? Рис. 19 “Музыкальная” игрушка Эффект Доплера 20. Звуковой локатор летучей мыши. Известно, что летучие мыши для ориентировки в пути и обнаружения насекомых используют ультразвуковой локатор : они излучают ультразвуковой сигнал и принимают отраженный от препятствия. Но как мышь “обрабатывает” эти сигналы? Определяет ли она временную задержку отраженного сигнала, устанавливая таким образом расстояние до препятствия? Реагирует ли она на доплеровское смещение частоты, если объект или она сама движутся? Или, может быть, она определяет положение объекта “методом триангуляции”, подобно тому как мы пользуемся бинокулярным зрением? Возможно, однако, что все выглядит значительно сложнее, поскольку некоторые летучие мыши щебечут: частота звука в посылаемом ими импульсе изменяется примерно от 20 до 15 кГц. Как мышь может использовать такое щебетанье для получения большей информации об объекте? Каковы минимальные размеры насекомого, которого способна обнаружить летучая мышь, если она излучает ультразвук с постоянной частотой 20 кГц?
Предыдущие вопросы Следующие вопросы
|
|
© Натали, Алекс и К° 2003 - 2011 г.
|
