Г.С. Ландсберг - Элементарный учебник физики (том 3). Колебания и волны. Оптика. Атомная и ядерная физика (1120574), страница 26
Текст из файла (страница 26)
Размеры же камертонной ножки гораздо меньше полуволны. Поэтому образуемые ею сжатия и разрежения воздуха очень сильно ослабляются из-за выравнивания давлений по обе ее стороны, а значит, сильно ослаблена и излучаемая волна. Мы приходим к выводу, что для хорогиеео излучения размеры тела должны былть не малы но сравнению с длиной волны в окружающей среде. Именно этим преимуществом обладает резонансный ящик, так как его длина равна четверти волны и выравнивание давления вокруг него гораздо меньше, чем вокруг камертонной ножки.
Легко сделать н еще одно заключение: колеблющееся тело лучше излучает высокие частоты (для которых длина волны невелика по срав. нению с размерами тела), чем низкие, тзк как для длинных волн вы. равннванне давления сказывается сильнее. Например, мембрана дннамнческого громкоговорителя диаметра около !5 см хорошо излучает частоты, превышвкхнне 2000 Гн, н плохо излучает низкие частоты. Это портит тембр звуна, н чтобы его улучшить, нужно затрудннть вырзвнн.
134 ванне давления по обе стороны мембраны для длинных волн. С этой целью громкоговоритель закрепляют в отверстии, проделанном в большой доске (рис. | |О), которая удлиняет расстояние между передней н задней поверхностями мембраны. При таком устройстве излучение звуков с низкими частотами значительно усиливается. Камертон плохо излучает не только потому, что невелико излучение каждой ножки, но и потому, что обе ножки, расстояние между которыми гораздо меньше длины волны, колеблются навстречу другг другу, т. е. в п роги вофазее. Поэтому во всякой точке окружающего воздуха волив, создаваемая м ,«" 1 иг одной ножкой камертона, |»,;: ослабляется вследствие интерференции с противофазиой волной от другой ножки.
Очевидно, уничтожив |!~ ИЛИ, ПО КРайиЕй МЕРЕ, ОС- рис. |Ю. Гром. Рис. П|. Камер- лабив излучение одной из коговоритель, тон звучит силь- ножек камертона,мыдолж- вмонтированный нее, когда одна иы получить выигрыш в вбольшуюдоску ножка закрыта интенсивности звука. И действительно, нетрудно убедиться, что при закрывании одной ножки картонной трубочкой (рис. 111) звук усиливается. Как влияют на излучение данного колеблющегося тела свойства окружающей средыр При заданной частоте и амплитуде колебаний кинетическая энер. гия частиц среды будет тем больше, чем больше их масса, т.
е. чем больше плотность среды. При тех же условиях потенциальная (упругая) энергия будет тем больше, чем среда «жестче», т. е. чем меньше ее сжн. маемость. Следовательно, при заданной частоте и амплитуде колебаний источника оп создаем тгм более интенсивную волку, чем больше плотность и упругость среды. Например, в воде колеблющаяся пластинка пошлет волну, в несколько тысяч раз более интенсивную, чем при таких же колебаниях в воздухе.
$53. Бинауральный эффект. Звукопеленгация, Мы вновь вернемся теперь к бегущим волнам, распространяющимся в воздухе, и познакомимся в этом параграфе с некоторыми явлениями, зависящими от расположения источника этих волн. Если источник звука находится прямо перед наблюдателем или позади него, то каждое уплотнение или разреже- 135 ние воздуха в звуковой волне достигает обоих ушей одновременно (рис. 112, а).
Следовательно, колебания давления воздуха а обоих ушах происходят в этом случае в одинаковой фазе. Если же источник смещен вправо (или влево), то волны достигают сначала .',Л правого (левого) уха (рис. 112, б), и колебания давления воздуха в обоих ушах сдвигаются по фазе. Интенсивность звука при обоих ушах, так как разин- а) 4 ца нх расстояний до источника Рис. 112, Разность фаз ислсоа- слишком незначительна, а вия в ушах зависит ст иаправ. размеры гОловы не настОлько ленив прихода волны велики, чтобы она создава- ла заметную «звуковую теиык Другими словами, звуковые волны, если не говорить об очень высоких частотах, хорошо огибают голову (дифракция). Таким образом, различие колебаний в обоих ушах сводится в основном к р а з и о с т и ф а з между ними.
Оказывается, что именно благодаря сдвигу фаз колебаний в обоих ушах мы получаем ощущение направления на источник звука. Явление это называется бикойрольнылт эффектом, Если на уши наблюдателя надеть телефонные наушники, дать в оба телефона один и тот же тон звуковой частоты, ью искусственно менять сдвиг фаз между колебаниями правого и левого телефонов (это легко сделать электрическими способами), то наблюдателю будет казаться, что меняется н а п р а в л е н и е на источник звука. При непрерывном изменении сдвига фаз в одну сторону наблюдателю будет казаться, что источник звука движется вокрут него. Бннауральиый эффект играет большую роль не только в повседневной жизня (мы поворачиваем голову «на звук:, ориентируемся по слуху и т. п,), но и используется специально для так называемой мукопеденгас(ии — огределенпя направления па источник звука (самолет, артиллерийскую батарею и т.
д.). Еще во время Великой Отечественной войны специально тренированные «слухачпв улавлпвалп с помощью больших рупоров — звукоулавливателей интересовавшие их звуки (рис. 113) и определяли направление иа источник этих звуков. 136 Рупоры служат не только для усиления звука. Направление на источник определяется благодаря разности фаз колебаний в обоих ушах. При наличии же рупоров эта Рнс. 113. Звукоулавлнвающая установка разность фаз будет равна разности фаз на отверстиях рупоров.
Так как расстояние между этими отверстиями гораздо больше, чем между ушами, то всякое отклонение рупоров от направления на источник даст соответственно ббльшую разность фаз, чем поворот головы на такой же угол. Таким образом, благодаря рупорам н пеленгация получается более точной. 'Г л а в а Я. ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ВОЛНЫ ф 54. Электромагнитные волны. В Ц 33, 34 мы уже упоминали об электромагнитных волнах и об огромной скорости их распространения, равной 300 000 кы~с в вакууме, Напомним и подчеркнем еще раз, что электромагнктиые волны возникают вследствие с в я з и между изменениями элект; рического и магнитного полей.
Всякое и з м е н е н и е напряженности электрического поля в какой-нибудь точке пространства вызывает в смежных точках и о я в л е н и е переменного магнитного поля, и з м е н е и и е которого в свою очередь порождает меняющееся электрическое поле. Именно поэтому происходит передача колебаний электрического и магнитного полей из одной точки пространства в соседние, т. е.
происходит распространение электромагниткой волны. Мы знаем, что электрическое поле создается электрически заряженными телами, а магнитное поле окружает проводники, по которым течет электрический ток (т. е. происходит перемещение электрических зарядов). Если электрические заряды неподвижны, то и создаваемое ими электрическое поле остается все время одним и тем же, не меняется. Если заряды движутся (например, в металлической проволоке) равномерно, то мы имеем постоянный ток, создающий постоянное же, не изменяющееся магнитное поле. Таким образом, в обоих случаях электрическое и магнитное поля н е и з м е и н ы, а значит, и электромагнитная волна возникнуть не может. Но при н е р а в н о м е р н о м движении электрических зарядов, в частности при всяком их к о л е б анин, а значит, и при всяком переменном токе электрическое и магнитное поля будут меняться с течением времени; эти изменения передаются от точки к точке и, следовательно, распространяются во все стороны, образуя электромагнитную волну.
Казалось бы, что получить электромагнитную волпч весьма просто. Можно, например, заставить заряженное $88 тело совершать колебательное движение или пропустить городской переменный ток через проволочную катушку. Так как в первом случае будет меняться электрическое поле, а во втором — магнитное, то, согласно сказанному, должна будет возникнуть электромагнитная волна. Однако практически при такой постановке опыта мы не получим доступных наблюдению волновых явлений.
В чем же причина этого неуспеха? Для того чтобы ответить на этот вопрос, необходимо более внимательно рассмотреть, как возникают электромагнитные волны, и выяснить, при каких условиях они хорошо излучаются, в 55. Условия хорошего излучения электромагнитных волн. Как уже было сказано, в электромагнитной волне проявляется взаимная связь электричесного н магнитного полей: изменение одного из них вызывает появление другого. Возникновение электрического поля в результате изменения магнитного есть не что иное, как явление э л е к т р ом а г н и т н о й и н д у к ц и и, открытое на опыте М.
Фарадеем в 1831 г. (см. том!1, гл, ХН). Обратное же явлениев возникновение магнитного поля при всяком изменении электрического — было теоретически предсказано английским физиком Джеймсом Клерком Максвеллом (1831— 1879). Исходя из предположения о существовании такого явления, Максвелл и пришел к выводу о необходвмости возникновения электромагнитных волн при всяком изменении электромагнитного поля. Теоретическое предположение Максвелла требовало проверки на опыте. Если опыт докажет существование таких электромагнитных волн, то этим будет подкреплен весь ход теоретических рассуждений Максвелла, включая и его предположение о возникновении магнитного поля при изменении поля электрического.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
