Дж.В. Стретт - Теория звука (1124008), страница 48
Текст из файла (страница 48)
Первый из них характеризуется синхронизмом фазы колебаний составляющих столбов воздуха, и высота, следовательно, та же, что и перед разделением трубы на две части. Но для второго типа фазы колебания составляющих столбов противоположны, так что воздух, выходящий из одного конца, поглощается смежным открытым концом другой части. Вследствие этого «поправка на открытые концы» значительно уменьшается и высота этого колебания соответственно повышается. Пока движение свободное, временно могут существовать колебания и того и другого рода, что может повести к возникновению биений; отсюда, однако, не следует, что оба колебания могут поддерживаться дутьем.
Это и в самом деле уже заранее кажется невероятным, и эксперимент показывает, что спустя мгновение колебания приводятся только ко второму типу. Смежные открытые концы действуют как противоположные источники, и испускается очень мало звука, хотя внутри труб и снаружи, в непосредственном соседстве с их устьями, сила колебаний не уменьшается. Подобные же явления возникают, когда две отдельные, но одинаковые трубы устанавливаются рядом друг с другом, и под влиянием дутья эта система может совершать колебания только одного рода, вопреки малым различиям в высоте нот, испускаемых трубами, когда онн звучат по отдельности т). 3224.
Прямое наблюдение положения вещей внутри колеблющегося столба воздуха является, несомненно, очень трудным, однако интересные результаты были получены Тендером и Больцманомв): они призвали на помощь метод оптической интерференции, чтобы преодолеть трудность, обусловленную невидимостью воздуха, и стробоскопический метод, чтобы преодолеть трудность, обусловленную быстротой изменений. Верхний конец органной трубы, закрытой тонкой металлической пластинкой, был снабжен стенками из стекла,выдавзвшимися за металлическую пластинку; с помощью специальной оптической установки осуществлялась интерференция света, проникснего выше и ниже пластинки. Вследствие того, что пространство выше занято воздухом нормальной плотности, ниже — воздухом в состоянии увеличенной или уменьшенной плотности, соответственно мгновенной фазе момента, интерференционные полосы испытывают смещения, синхронные с воздушными колебаниями.
Вели наблюдать непосредственно, то эти смещения ускользают от глаза; но с помощью электрически воабуждаемого камертона, снабженного соответствующими щелями Я 42), освещение можно сделать перемежающимся с периодом, почти совпадающим с периодом колебания; тогда т) Ргосеес11лйз оу 1де Мазгса1 Аззос1а11ол, декабрь 1878. е) Тбр!ег и, Войсшапл, Ролл. Алл., том СХЫ, сгр. 321, 1870.
[гл. хш 218 теОРия РезоиттОРОВ последовательность изменений становится видимой. Из наблюдаемого движения полос возмоткно заключить ие только о полном изменении плотности от максимума к минимуму, но и о законе изменения плотиости в функции времени. Когда труба большого сечения продувалась лишь умеренно сильно„ изменение плотности в узле достигало 0,009 атмосферы и закои был почти точно простым гармоническим. При большом давлении дутья простой гармонический закон сильно нарушался, причем полосы сдвигались почти внезапно из одного крайнего положения з другое. В этом случае амплитуда первого обертона составляла около четверти амплитуды основного тона. Полное изменение плотности было равно 0,019 атмосферы. 322е.
В некоторых экспериментальных исследованиях применялись трубы более симметричной относительно оси формы '). Кромку трубы составлял цельный круговой край трубы, определяемый плоскостью, перпендикулярной к оси, а над ним продузался поток воздуха. Аналогичное устройство принято в обычном паровом свистке. Другой путь применения струи воздуха для возбуждения звучания малых труб был испробован Зоидхаусом з); он еще менее понятен. Труба, целиком открытая с одного конца, частично закрыта с другого конца деревянной или металлической пластинкой в 2 или 3 км толщины, имеющей цилиндрическое отверстие с острыми краями (фиг.
63а). "!тобы привести трубу в действие, необходимо только поместить ее открытый конец в резервуар, откуда идет поток воздуха. Для грубых целей, когда не требуется ни регистрировать давление, ни сохранять постоянную температуру, достаточно дуть Фиг. 83а.
ртом, и звук можно возбудить как нагиетаиием, так и всасыванием. 1[илиидрическое отверстие поясно заменить отверстием конической формы, но в этом случае воздух должен течь от более узкого конца к более широкому. Звуки, отмеченные Зондхаусом, изменялись от а' до уз, соответствуя во всех случаях собственным тонам трубы. Свистящие звуки, издаваемые ртом, очевидно, принадлежат к этому классу; изменение высоты (примерно от с" до сз) осуществляется„ главным образом, за счет изменения виутреиией емкости (9 304). Относительно образования звука при свисте иногда говорят, что оно связано с вибрацией губ, но иам представляется, что это ошибочное мнение. Я нашел, что можно свистеть через под- 1) От!ро1т, Алл. т!.
Сделме, том !!1, стр. 384, 1874. т] Бопвпавзз, Роде. Алл., том ХС1, стр, 126, 1854. 3 22у') 219 ПРИБОР ТРЕВЕЧЬЯНА ходящее коническое отверстие в куске самшита (Ьох-шоов), прочно зажатом между губами. Существование колебания может рассматриваться как свидетельство того, что постоянное течение воздуха через рассматриваемые каналы неустойчиво. Противоположно тому, что имеет место в органной трубе и в чувствительных пламенах, деформации струи, казалось, должны бы быть симметричными.
Возможно, что здесь имеется тенденция к попеременному следованию и отступлению от хода, намеченного стенками. 322г'. Вопрос о поддержании колебаний посредством тепла составляет важную часть интересуюгцего нас предмета, и мы постараемся дать по крайней мере общее представление о том, каким образом этот эффект имеет место. Почти во всех случаях, где телу сообщают тепло, происходит расширение, и его можно заставить совершать механическую работу. Если фаза сил, действующих таким путем, благоприятна, можно получить и ноддерживать колебание. Наглядным примером является прибор (госкег) Тревельа>а, состоящий из некоторой массы желева или меди, которой придана такая форма, чтобы во время колебания вес ее попеременно переносился на одно или другое из двух смежных и параллельных ребер. Когда инструмент нагревают и помещают на плиту холодного свинца„ колебания продолжаются до тех пор, пока еще остается достаточно тепла.
«Сэр Джон Лесли первый высказал предположение, что причину этих колебаний следует искать в расширении холодного куска свинца за счет теплоты, которая течет внутрь него от нагретого металла в точках контакта. Фарадей >), Зеебек а) и Тиндаль з) приняли это объяснение; они показали, что большая часть фактов, которые они сами и другие получили относительно этих колебаний, легко объясняется с этой точки зрения, если только предположить, что расширение свинца достаточно велико, чтобы произвести заметный эффект, Напротив, Форбс4) после обширной серии опытов пришел к отрицанию объяснения сэра Джона Лесли; одним из принципиальных оснований для этого была представлявшаяся ему невозможность допустить, что расширениел вызванное таким медленным процессом, как теплопроводность, может дать сколько-нибудь заметный механический эффект». Дэвис, из статьи которого ь) взята приведенная цитата, исследовал вопрос математически и показал, что объяснение Лесли является достаточным.
Очевидно важно, чтобы нижнее тело обладало большою скоростью расширения с температурой. В этом ') Еагадау, Ргос. ОУ Коу. !лат., том 11, стр. 119, 1831. а) ЯееЬесв, Ро>гд. Алп., том Ы, стр. 1, 1840. 4) Тупйац, Рдгт. Мак., том Ч!П, стр. 1, 1854. ') 1>огЬеа, РЛГД Маг., том 1Ч, стр. 15, 182, 1834. а) Ват)а, РДЦ. Мад., том Х).Ч, стр, 296, 1873, 220 ТЕОРИЯ РЕЗОНАТОРОВ отношении свинец стоит высоко среди металлов, а каменная соль, которую Тиндаль нашел хорошо отвечающей требованиям эксперимента, обладает еще большей скоростью расширения. На возражение Форбса можно ответить, что процесс теплопроводности отнюдь не является медленным, если расстояния и массы малы; а особое отталкивание, выдвинутое им в качестве основы иного объяснения, было бы неподходящим по фазе: необходимо, чтобы фаза силы отставала ог фазы отрицательного смещения.
В опыте, принадлежащем Пэйджу '), колебания сделаны незавнсимымн от начальной разности температур, местное же нагревание в точках контакта осуществляется с помощью электрического тока, который пропускают от одного тела к другому, В этой установке из расширения нижнего тела нельзя вывести никакого сжатия верхнего. На аналогичном принципе Гора) осуществил непрерывное движение медного шара, который двинсется по круговым рельсам, соединенным с мощной батареей.
322у. Но наиболее интересными примерами колебаний, поддерживаемых с помощью тепла, являются те, которые происходят, когда резониру!ощее тело газообразно. «Если теплота периодически сообщается массе воздуха, колеблющейся, например в цилиндре с поршнем, и отнимается от нее, то получаемый эффект зависит от фазы колебания, при какой происходит передача тепла.
Если теплота сообщается воздуху в момент наибольшего сжатия или отнимается от него в момент наибольшего разрежения, то это усиливает колебание. Напротив, если теплота сообщается в момент наибольшего разрежения, то колебание этим ослабляется. Последнее происходит само собой вследствие излучения !9 247), когда скорость изменения не очень велика н не очень мала; действительно, когда воздух сжимается, он становится теплее и сообщает тепло окружаю!цим телам.
Два крайних случая являются исключительными, хотя и по разным причинам. В первом случае, который соответствует гипотезам теории распространения звука Лапласа, времени для того, чтобы мог осуществляться заметный перенос тепла, недостаточно. Во втором случае температура остается почти постоянной, н потеря тепла происходит во время лройесса сжатия, а не тогда, когда сжатие уже произошло.
Этот случай соответствует теории распространения звука Ньютона. Если перенос тепла имеет место в момент наибольшего сжатия или наибольшего разрежения, высота остается неизменной. Если воздух в момент переноса тепла имеет нормальную плотность, то колебание не усиливается и не ослабляется, но высота его изменяется. Так, высота увеличивается, если тепло сообщается воздуху за четверть периода до фазы наибольшего сжатия, и ао- г) Раде, ЯИтал'а Уоиглаб том !Х, стр.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
