Дж.В. Стретт - Теория звука (1124008), страница 31
Текст из файла (страница 31)
Если для получения определенного результата мы предположим, что аакон изменения ветра на различных уровнях выра>кается уравнением и= и+Вл, (6) 290~ 137 опыты гайнольдса то мы иМеем (7) — уравнение, имеющее ту же самую форму, что и уравнение (11) предыдущего раздела. Следовательно, ход луча в настоящем случае >акже изобра>кается цепной линией, однако между этими двумя задачами имеется существенное различие, Когда преломление обычного рода и зависит от непостоянства скорости распространения, направление луча может быть обращено, В случае атмосферной рефракции, обязанной уменьшению температуры с высотой, путь луча, в каком бы направлении последний ни распространялся, изображается цепной линией с вершиной, обращенной книзу.
Когда рефракция обязана ветру, скорость которого возрастает с высотой по закону, выраженному уравнением (6) с положительным 3, путь луча, идущего против ветра, также является цепной линией с вершиной, обращенной книзу, но луч, распространяющийся по ветру, идет не по этому пути. В последнем случае вершина цепной линии, вдоль которой распространяется луч, обращена кверху а). 290. В статье Рейнольдса, которая уже цитировалась нами, дается описание нескольких интересных опытов, предназначенных специально для проверки теории рефракции звука ветром.
Было найдено, что «в направлении ветра, когда он был силен, звук (электрического звонка) можно было слышать одинаково хорошо как вблизи земли, так и с поднятой головой и даже в лощине, когда звонок был скрыт от глаз склоном холма; поднимаясь на возвышение или поднимая звонок, мы не приобретаем никакого преимущества. Таким образом, при ветре над травой звук можно было слышать на расстоянии 140 ярдов, а над снегом — на расстоянии 360 ярдов, будь то с поднятой головой или держа ухо на уровне земли, между тем как под прямым углом к ветру во всех случаях область слышимости расширялась при более высоком поло>кении наблюдателя или звонка». «Было найдено, что подъем влияет заметнее на область слышимости звука в направлении против ветра, чем под прямым углом к нему.
«Если голова помещалась на уровне земли, то над траян>1 звук полностью исчезал на расстоянии 20 ярдов, если же голова находилась на высоте 3 футов, то звук ослабевал на расстоянии 30 ярдов и полностью исчезал на расстоянии ЗО ярдов, если стоять во весь рост. В 70 ярдах, если стоять прямо, звук исчезал на продол>кительные интервалы, да и тогда слышался лишь слабо; однако он становился снова непрерывным, если ухо было «) [В связи с затронутыми здесь вопросами укзжем на книгу Л. И.
Блохннцеза «Лкустнка неоднородной движущейся среды». М. — Л., 1946. Ред.) 138 ояп[ие углвнвния '1гл. хш ! расположено на высоте 9 футов от земли, и достигал полной силы на высоте 12 футов». Проф. Рейнольдс следую!цим образом резюмирует результаты своих экспериментов: 1. «Когда ветра нет, звук, идущий над шероховатой поверхностью, вверху сильнее, чем внизу». 2. «Если скорость ветра вверху больше, чем внизу, звук поднимается против ветра и не уничтожается». 3, «При тех же самых условиях он идет вниз в направлении ветра, и поэтому область его слышимости на поверхности земли расширяется». Атмосферная рефракция имеет важное отношение к слышимости сигналов в тумане — предмет, который за последние несколько лет занимал внимание двух выдающихся физиков, проф.
Генри в Америке и проф. Тиндаля в Англии. Генри ') приписывает почти все капризы далеких звуков рефракции и показывает, как с помощью различных предположений относительно движения воздуха вверху возможно объяснить некоторые ненормальные явления, которые были замечены нм самим и другими наблюдателями. Тиндальэ), исследования которого были в равной степени обширны, считает, что очень ограниченные расстояния, на которых иногда слышны звуки, являются результатом действительной задержки звука при неоднородном (1!осси!еп1) состоянии атмосферы, возникающем вследствие неравномерного нагревания'или влажности. В том, что последняя причина способна действовать до некоторой степени рассматриваемым образом, сомневаться нельзя. Тиндаль доказал лабораторными экспериментами,что звук электрического звонка можно заметно ослабить расположенными попеременно слоями газов различной плотности; и хотя нужно признать, что изменения плотности были здесь более значительны и более резки, чем это можно предположить для открытого воздуха, за исключением, может быть, слоев, расположенных в непосредственной близости к почве, некоторые из наблюдений над сигналами в тумане, казалось бы, прямо указывают на это объяснение.
Так, было найдено, что за звуком сирены, помеигенной на вершине утеса, господствующего над морем, следовало эхо постепенно уменьшающейся интенсивности, продолжительность которого достигала иногда 15 секунд. Это явление наблюдалось, «когда море было зеркально гладким»; очевидно, его нельзя было приписать иной причине, помимо указанной Тиндалем. Вероятно, поэтому, что и рефракция, и акустическая мутность имеют отношение к капризному поведению сигналов в тумане. А рпоп мы, конечно, были бы склонны придавать ббльшее значение рефракции, и Рейнольдс показал,что некоторые из собственных наблюдений Тиндаля допускают объясне!) Непгу, 77«рогу оу Где ЫаЛГЛоиае Ваала оу где 0лжеа' В!а!«а,/ог 'Ле уеаг /874.
Я) Туяда!1, РЛВ Тгала., !874; Зоила', 3-е издание, гл. Ч!!. )З9 290] РАСПРОСТРАНЕНИЯ ЗВУКА В ТУМАНЕ ние на основе этого принципа. Отсутствие обратимосгли можно объяснить в согласии с теорией лишь действием ветра (ф 11!). По гипотезе акустических облаков можно ожидать различия в поведении звуков большой и короткой продолжительности; оно заслуживает быть указанным здесь, поскольку, кажется, не отмечалось никем из прежних авторов.
Так как при отражении и преломлении энергия не теряется, то интенсивность излучения непрерывно действующего источника звука (или авета) на данном расстоянии не изменится, если окружить его облаком сферической формы, однородным по плотности: потеря за счет промежуточных частей облака будет компенсирована отражением от тех, которые лежат за источником. Но если звук — небольшой продолжительности, облако может очень сильно уменьшить интенсивность его на расстоянии, эа счет различия положений его отражающих частей и обусловленного этим различием удлинения продолжительности звука, хотя полная интенсивность, измеряемая интегралом во времени, может быть такой же, как если бы облака не было совсем. В этом, вероятно, заключается объяснение наблюдения Тнндаля, что различные виды сигналов не всегда сохраняют одинаковую эффективность.
При определенной погоде «выстрел гаубицы с трехфунтовым зарядом был слышен в большей области, чем свисток, труба или сирена», между тем как в другие дни «превосходство сирены над пушкой обнаруживалось самым отчетливым образом». Следует, однако, заметить, что втой же самой серии экспериментов было найдено, что свойство звука выстрела орудия «гаситься или отражаться ветром противоположного направления, так что он оказывается практически бесполезным уже на очень коротком расстоянии с наветренной стороны, резко выражено». Собственно рефракция должна быть одинаковой для звуков всякого рола, но по причине, объясненной выше, диффракция около края препятствия может быть менее эффективной для звука выстрела орудия, чем для неослабевающей ноты сирены.
Другим вопросом, исследованным Тиндалем, было влияние тумана на распространение звука. Вопреки отдельным противоположным утверждениям' ) наиболее распространено было мнение Дергема, что влияние тумана — вредное. Наблюдения Тиндаля хорошо показывают, что это мнение ошибочно и что одноролное состояние атмосферы, которым обычно сопровождается туманная погода, благоприятствует прохождению звука. Когда воздух насыщен водяными парами, падение температуры с высотой, по закону конвектнвного равновесия, происходит менее быстро, чем в случае сухого воздуха, за счет конденсации пара, которой тогда сопровождается расширение. Из вычислений Томсона э) вытекает, что в теплом тумане эффект испарения и конденсации должен компенсировать падение 1) См., например, )геэог, Гоггагдггпе аег Рлуага, том Х1, стр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
