Дж.В. Стретт - Теория звука (1124008), страница 49
Текст из файла (страница 49)
!05, !850. а) ботс, Р)ид Ла8., том ХЧ, стр. 519, 1858; том ХЧ1!1, сгр. 94, 1859. 322л) Подливжхнне колвзлний твплотой нижаетсп, если тепло сообщается на четверть периода лозине фазы наибольшего сжатия. Вообще, эффект того н другого типа достигается посредством периодического переноса тепла. Высота изменяется, а колебания или усиливаются или ослабляются. Однако эффект второго типа не имеет места, если рассмзтриваемая масса воздуха находится в пучности, т. е. в месте, гле плотность не меняется, а также если тепло сообщается в одинаковой мере как на любой стадии разрежения, так и на соответствующей стадии сжатия» '). Таким образом, во всякой задаче о поддержании колебаний посредством тепла, какая может встретиться на практике, главный вопрос, который должен рассматриваться, — это вопрос о соотношении между фазой передачи тепла и фазой колебания.
322)е. Звуки, испускаемые струей водорода, горящего в трубке, открытой с обоих концов, были замечены вскоре после открытия этого газа и были предметом нескольких тщательных исследований. Хладни указал, что ноты здесь в основном те же, какие могут быть получены другими путями, например с помощью дутья. Фарадей я) показал, что и другие газы в состоянии занять место водорода, хотя и не без ущерба.
Однако только Зондхаусуа) мы обязаны наиболее детальным исследованием условий, при которых образуется звук. Его опыты указывают на важность роли, которую играет столб газа в трубке, дающей струю. Звук, например, нельзя получить с подводящей газ трубкой, которая заткнута ватой вблизи струи, хотя на глаз нельзя обнаружить никакой разницы между пламенем, полученным этим путем, и другими, которые в состоянии возбуждать звук, Когда подводящая газ трубка не солержит препятствий, звуки, получаемые переменой резонатора, ограничены по высоте и часто разделяются на отдельные группы.
В интервалах между группами никаким способом невозможно вызвать постоянный звук; можно еще добавить, что по крайней мере для части интервала влияние пламени неблагоприятно, так что колебание, возбужденное дутьем, затухает быстрее, чем в случае, когда пламя не было зажжено. Можно применять резонаторы и иной формы, чем открытая труба; иногда это дает преимущество. Очень низкие ноты можно получить от сферических резонаторов, таких, как большие шары, применяемые для демонстрации сгорания фосфора в кислороде. Такой шар давал в своем естественном состоянии глубокий и чистый тон в 64 колебания в секунду.
Когда к нему было приспособлено длинное и узкое горло, слеланное из картонной трубки, вычисленная частота падала до 26 и колебания, достаточно с) Ргос. )шоу. )из!, том Ч!11, стр. 536, 1878; )ел!иге, том ХЧШ, стр. 319, 1878, а) еагайау, Г)иигл 7ои и. Бег'., тои Ч, стр. 274, 1818. е) 8опцпайеи, Рийе. Алл., том С1Х, стр. 1, 426, 18(Ю. [гл. хш твоРия РгзонлтоРОв сильные, чтобы погасить пламя, были едва слышны.
Когда желательно возбудить очень низкие звуки, подводящую трубку нужно взять значительной длины, а отверстие не должно быть очень узким. Электрически воабуждаемые камертоны могут быть иногда заменены при получении чистых тонов поющим пламенем, если нет настоятельной необходимости соблюдать абсолютное постоянство высоты. Чтобы избежать прогрессивного ухудшения воздуха, рекомендуется пользоваться резонагором, открытым одинаково как сверху, так и снизу.
Цилиндрические стекла с расширением, какие часто применяются для парафиновых ламп, удовлетворяют этому требованию и в то же время дают чистый тон. Можно такхсе поместить посредине цилиндрической трубы слабо пригнанный лыж '). Как показал Уитстон, прерывистость поющего пламени легко демонстрировать с помощью колеблющегося или вращающегося зеркала. Более точное исследование лучше всего осуществляется стробоскопическим методом ($42). Зарисовки наблюденных этим путем преобразований были даны Теплеромя); из них видно, что при определенной фазе пламя может целиком втягиваться внутрь подводящей трубки.
Колебания, способные поддерживаться, не всегда возникают сами собой. Начальный импульс можно сообщать ударом по резонатору или легким продуванием, направленным поперек устья. В поразительных экспериментах Шаффгоча и Тинлаляз) пламя, молчавшее до того, отвечает на звук, который находится в унисоне с ним. В некоторых случаях интенсивность возбужденных таким путем колебаний возрастает до такой степени, что пламя гаснет.
Эксперименты Зондхауса показывают, что между длинами подводящих трубок н звучащих столбов воздуха существует пропорциональность. Для различных газов можно сохранять одну и ту же подводящую трубку; средние длины звучащих столбов при этом приблизительно пропорциональны корням квадратным из плотности газа. Таким образом, устанавливается связь между собственной нотой подводящей трубки и нотами, которые можно получить с ее помощью. Частью вследствие своеобразного и плохо понятого поведения пламен, частью же по другим причинам полное объяснение рассматриваемых сейчас явлений представляет некоторые трудности; но не может быть сомнения в том, что эти явления принадлежат к области колебаний, поддерживаемых нагреванием, причем теплота периодически сообщается массе воздуха, заключенной в звучащей трубке, в том месте, где в ходе колебания давление изменяется. 1) РЛК Мау., том ЧИ, стр.
149, 1879. Я) Тор1ег, Ро88. Апп., том СХХЧШ, стр. 126, !866, з) Тупбай, Зоила', 3-е издание, стр. 224, 1875. 322л) пОддеРЯАний колввАний теплотой 223 Некоторые авторы склонялись к тому, чтобы обращать особое внимание на действие потока воздуха через трубу, но звуки, как мы видели, легко получить не только при отсутствии прямого потока, но даже когда пламя расположено так, что вблизи него вообще нет заметного периодического движения воздуха.
Вследствие переменного давления внутри резонатора выход газа, а поэтому и выделение теплоты, изменяется во время колебания. Возникает вопрос о том, при каких условиях это изменение обладает характером, необходимым для поддержания колебания. Если предположить, — как мы могли бы быть склонны поступить в первоначальный момент, — что выход газа наибольший, когда давление в резонаторе имеет наименьшую величину, и что фаза наибольшего нагрева совпадает с фазой наибольшего выхода газа, то мы имели бы положение вещей, наиболее неблагоприятное из всех возможных для сугцествования колебания. Нетрудно, однако, видеть, что оба эти предположения неправильны.
В подводящей трубке (в предположении, что она ничем не заткнута и имеет не слишком малое отверстие) зозбуждаюгся стоячие или приблизительно стоячие колебания, фаза которых одинакова с фазой или противоположна фазе колебания в резонаторе.
Если длина подводящей трубки от горелки до открытого конца сосуда, где добывается газ, меньше четверти длины волны действительного колебания в водороде, то наибольший выход газа оиерелсаеш на четверть периода фазу наибольшего сжатия, так что, если развитие теплоты несколько заааздывает сравнительно с выходом газа, положение вещей благоирияглно для поддержания звука. Известное запоздание такого рода неизбежно, потону что струя воспламеняющегося газа может гореть только снаружи; однако во многих случаях можно обнаружить еще более сильную причину в том, что во время ухода газа в подводящую трубку могут входить из резонатора небольшие количества воздуха, которые должны изгоняться прежде, чем снова сможет начаться выход газа. Если длина подводягцей трубки в точности равна одной четверти длины волны, то стоячее котебанне в ней будет такого характера, что узел образуегся у горелки; при этом переиенная часть давления сразу же внутри горелки будет той же, что и внутри резонатора.
При этих условиях нет никаких причин к тому, чтобы течение газа, или выделение теплоты, было переменным, и поэтому колебание не может поддерживаться. Этот частный случай свободен от некоторых трудностей, которые присуши общей задаче, н сделанное заключение находится в согласии с наблюдениями Зондхауса. Когда длина подводящей трубки несколько больше четверти длины волны, движение газа существенно отличается от описанного вначале. Вместо того чтобы опережать фазу наибольшого сжатия, наибольший выход газа наружу здесь опгспгает от нее на четверть [гл.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
