Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 12
Текст из файла (страница 12)
д. Если же периоды относятся как болыпие числа, например 19: 23, то получается диссонанс — музыкальный, но неприятный звук, Еще дальше мы уйдем от периодичности колебаний, если одновременно ударим по многим клавишам, положив для 60 этого на клавиатуру линейку. Звук получится уже шумо. подобньсм. Для шумов характерна сссльная ненер_#_одсшноеспь срормьс колебаний: либо это — длительное колебание, но очень неправильное, сложное по форме (шипение, скрип), либо же отдельные выбросы (щелчкн, стуки). С этой точки зрения к шумам следует отнести и звуки, выражаемые согласными (шипящие, губные и т.
д.). На ряс. 45 показа- ны примеры осциллограмм и спектров шумовых колебаний, папа ппппаппо упппа ю аап гпаа спппп уаа уааа оааа попо оопп соопо ровня д) пламя Рис. 45. Спектр шума согласной «с» (а), бунзеиовской горелки (б), пылесоса (е) и осиилаограмлса шума выхлопа мотора без глушителя (а) и с глушителем (д) 61 Во всех случаях шумовые колебания состоят из огромного количества гармонических колебаний с разными часпшпгами. К этому мы и приближались по мере того, как увеличивали число одновременно ударяемых клавиш рояля.
Таким образом, у гармонического колебания спектр состоит нз одной-единственной частоты. У периодического колебания спектр состоит из набора частот — основной и кратных ей. У коисоиирующих созвучий мы имеем спектр, состоящий из нескольких таких наборов частот, причем основные частоты относятся как небольшие целые числа. У диссонирующих созвучий основные частоты уже не находятся в таких простых отношениях. Чем больше в спектре разных частот, тем ближе мы подходим к шуму. Типичные шумы имеют спектры, в которых присутствует чрезвычайно много частот.
Г л а в а Л). ЭЛЕКТРИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ 2 26. Электрические колебания. Методы их наблюдению. До сих пор мы рассматривали м е х а н и ч е с к и е колебания, представляющие собой вид д в и ж е н и я т е л. На все вопросы, касающиеся таких колебаний, можно получить ответ в кинематике и в динамике. Но мы уже упомянули выше 5 2), что наряду с механическими колебаниями и колебательными системами существуют электрические колебания и колебательные системы.
Их значение для техники, пожалуй, даже больше, чем механических. К электрическим колебаниям мы теперь и перейдем. Что именно и каким образом колеблется в этом случае? Может колебаться электрический заряд на обкладках конденсатора, э л е к т р и ч е с к и й т о к в проводниках, электр одвижущая сил а на клеммах генератора, н а п р я ж е н и е на каком-либо сопротивлении и т.
д. Другими словами, к о л е б л ю т с я э л е к т р и ч е с к и е в е л и ч и н ы. Говоря «колеблются», мы подразумеваем, что эти величины не о с тают с я п о с т о я н н ы м и, а меняются с течением времени. Но подобно тому как не всякое механическое движение является колебанием, так и не всякое изменение электрических величин со временем есть электрическое колебание.
Мы видели, что для механических колебаний существенна повторяемость движения, его п е р и о д и ч н о с т ь. Эта же черта существенна и для электрических колебаний. Если изменение какой-либо электрической величины, например тока, происходит периодически, повторяясь, то мы назовем такое изменение электрическим колебанием. Примером такого процесса является уже знакомый нам переменный ток в осветительной электросети, который меняется по закону гармонического колебания (см. том 11, ээ 152, 153). Мы не можем непосредственно восприн и м а т ь электрические колебания подобно тому, как мы 63 в и д и м колебания маятника и с л ы ш и м колебания камертона. Но, как мы знаем, и электрически заряженные тела, и проводники, по которым течет электрический ток, взаимодействуют между собой с иекоторыми силами.
На измерении этих сил основано измерение самих электрических величии: зарядов, токов, напряжений и т. п. (см. том Н, Я 25, 135). Благодаря этим силам получается механическое движение в электродвигателях (см. том Н, Я 171— 173). С помощью этих ж е (электростатических и электродииамических) с и л можно самыми различными способами превратить электрические колебания в у' Рис. 4б. Телефон (схематически): у — мембрана, у — м е х а и и ч е С к и е. электромагнвт Один из таких способов со- стоит в использовании силы притяжения электромагнита и применяется, в частиости, в телефоне и в электромагнитном громкоговорителе.
На рис. 46 схематически показаио устройство телефона. Ток пропускается по обмотке электромагнита, полюсы которого расположены перед серединой мембраны— круглой железной пластинки, зажатой по краю. При колебаниях тока колеблется сила притяжения, действующая иа мембрану; результатом являются вынужденные колебания мембраиы. Если сердечник электромагнита не имеет постоянного намагничения, т. е. притягивает мембрану только тогда, когда по обмотке течет ток, то телефон будет сильно искажать звук. Дело в том, что мембрана будет притягиваться к сердечнику при любом направлении тока в обмотке, и, следовательно, период силы, действуюшей на мембрану, будет вдвое короче периода переменного тока в обмотке.
Чтобы этого избежать, применяют электромагниты с постоянно намагниченным сердечником. В этом случае сила притяжения мембраны при одном направлении тока в обмотке будет больше, чем в отсутствяе тока, а при противоположном направлении — меньше, Таким образом, период притягивающей силы теперь будет тот же, что и период тока. Конечно, и в этих условиях превращение злектрических колебаний в механические не свободно от искажений: форма колебаний мембраны повторяет форму колебаний силы тока не вполне точно.
Однако возможность практического использонания таких электроакустических приборов (телефона, громкоговорителя) на том н основана, что искажения могут быть сделаны достаточно малыми. Включив телефон или громкоговоритель в осветительную сеть (через сопротивление 100 — 200 кОм, так как иапряжеиие 220 В слишком велико для этих приборов), мы 64 услышим гудение — «голос» городского тока. Колебания мембраны, вызванные колебаниями этого тока, имеют ча.
стоту тока, т. е. 50 Гц, и, следовательно, являются звуковыми колебаниями. Другой способ превращения колебаний тока в механические колебания состоит в использовании поворота к а- тушки с током в магнитном поле.Наэтом основано устройство ш л е й ф о в о г о о с ц и л л о г р аф а (см. том 11, з 152). Легкая узкая петля (шлейф) успевает следовать за очень быстрыми колебаниями тока — до 20 кГц, но для более высоких частот необходим осциллограф, обладающий еще меньшей инерцией. Таким прибором является э л е к т р о ни ы й о с ц и л л о г р а ф.
Колебания в этом приборе воспроизводятся движением пучка быстро летящих электронов. Устройство электронного осциллографа показано па рис. 47. Рис. 47. Электронный осциллограф, х(ля ясности выводы от управляющих пластин показаны пропущенными через стенки трубки. В действи- тельности их подводит к ножкам на цоколе (слева) Электроны испускаются накаленным катодом 1 и ускоряются по направлению к аноду 2 благодаря тому, что между катодом ( — ) и анодом (+) приложено напряжение (несколько сотен или тысяч вольт).
Электроны проходят в виде тонкого пучка через отверстие в аноде (стеклянный баллон, разумеется, откачан до высокого вакуума). Экран покрыт веществом, которое светится (флуоресцирует) под ударами электронов. Таким образом, электронный пучок создает на флуоресцирующем экране 8 светлое пятнышко. Электрический заряд, приносимый пучком электронов на экран, постепенно стекает затем по внутренней поверхности стекла обратно к катоду. Чтобы облегчить и ускорить это стекание заряда, стенки трубки покрыты изнутри слоем проводящего вещества (графита).
Позади анода расположены две пары металлических так называемых управляющих пластин — горизонтальная и вертикальная. Если на какую-либо из этих пар дать постоян- З эаьиеитариыа учебник фивики, т. Ит И ное напряжение, то электрическое поле между пластинами отклонит пучок соответственно либо в вертикальном, либо в горизонтальном направлении. Если к первой (горизонтальной) паре пластин подвести переменное напряжение, то светлое пятнышко будет колебаться на экране вверх и вниз, воспроизводя периодическое изменение прнло>кенного напряжения. Одновременно к другой паре пластин подводится равномерно нарастающее напряжение.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
