Дж.В. Стретт - Теория звука (1124008), страница 50
Текст из файла (страница 50)
хш теОРия Резонлтойов периода, и поэтому выделение теплоты несколько запаздывает, и весь эффект является неблагоприятным. Это положение вещей продолжает господствовать по мере удлинения подводящей трубки, пока она не достигает длины, равной полуволне, после чего движение снова меняет знак, и возможность поддержания колебания восстанавливается. Хотя размеры пламени и его положение в трубке (или горле резонатора) также оказывают влияние, все же этот очерк теории достаточен для объяснения факта, отмеченного 3ондхаусом, — именно, что основою в этом вопросе является длина подводящей трубки. 322!'. Другое явление рассматриваемого сейчас класса час~о отмечается стеклодувами.
Когда на конце довольно узкой трубки 12 или 14 см длиной выдувается шар около 2 см диаметром, иногда слышен звук, исходящий от нагретого стекла. Для зкспериментальных целей хорошо применять твердое стекло, которое впоследствии можно нагреть по желанию снова, причем оно не теряет своей формы. Как было показано Де-ля-Ривом, образование звука облегчается присутствием паров, особенно паров спирта и эфира. Зондхаус доказал'), что колебание самого стекла не играет существенной роли в этом явлении; этому же неутомимому наблюдателю удалось открыть связь (Я 303, 309) между высотой ноты и равмерами аппарата.
Однако никакого удовлетворительного объяснения образованию звука дано не было. Ради простоты можно рассматривать простую трубку, нагретую у закрытого конца, с плавно падающей к холодному открытому концу температурой. Четвертью периода Ранее фазы наибольшего сжатия (которое происходит почти одновременно во всех час~ах столба) воздух движется внутрь, т. е. к закрытому концу, и поэтому переходит от более холодных к более нагретым частям трубки; но теплота, полученная в этот момент (нормальной плотности), не оказывает никакого влияния ни в смысле усиления, ни в смысле ослабления колебания. То же самое было бы справедливо относительно всего теплового действия, если бы выравнивание температуры было мгновенным, так, чтобы между температурой воздуха н прилегающих частей трубки никогда не было заметной разницы.
Но в действительности выравнивание температуры требует времени, и, таким образом, температура воздуха отличается от температуры прилегающих частей трубы, приближаясь к температуре той части трубки, откуда только что пришел воздух. Отсюда следует, что в момент наибольшего сжатия теплота приобретается воздухом, з момент >ке наибольшего разрежения— отдается, и, таким образом, возникает возможность поддерживать г) Бовс1ьавзк Роду. Лпа, точ !.ХХ!Х, сгр 1, 1850. ВВЕКИ, ОТКРЫТЫЕ РнйКЕ И ВОСША 322Я колебания.
Пе слелует, однако, забь1вать, что, если совсем отвлечься о1 перелачи тепла, сжатый воздух теплее разреженного воздуха; поэтому, для того чтобы все тепловое действие имело эффектом усиление, необходимо, чтобы перед сжатием воздух проходил не просто к более теплым частям трубки, но к тем ее частям, которые более теплы, чем воздух, когда он туда прибывает. Ввиду этого для подлержания колебания необходим большой гралиент температур, и даже при большом градиенте влияние переноса тепла будет необходимо неблагоприятным у закрытого конца, где движение очень мало. Это, вероятно, и является объяснением преимущества, даваемого расширением, имеющимся у лампового стекла.
Очевидно, что если нагревать открытый конец трубки, то эффект перелачи тепла будет еще более неблагоприятным, чем в случае одинаковой повсюлу температуры. 322у. Послелний пример образояания звука в результате нагревания, который мы здесь рассмотрим, представляет собой поразительное явление, открытое Рийке'). Когда кусок частой металлической сетки, натянутый на нижнюю часть трубы, открытой с обоих концов и расположенной вертикально, нагревается газовым пламенем, помешенным ниже ее, то почти непосрелстяенно аслесч за удалением пламени слышен звук значительной силы, длящийся несколько секунл. Рийке нашел, что образование звука, отличаясь в этом отношении от случая звучаших пламен Я 322), тесно связано с возникновением сквозной тяги, встречающей нагретую сетку.
При такой форме опыта теплота скоро исчерпывается, и звук прекращается; но, сохраняя сетку нагретой !'Током от сильной гальванической батареи), Рийке улавалось продлить звук на сколь угодно долгое вреия, Эти звуки могут быть очень сильными, и тогда получение нх представляет собой очень интересный лекционный эксперимент. Для этой цели можно воспользоваться чугунной трубой в 5 футов (152 см) длиной и 4з(е дюйма !12 сж) диаметром. Сетка (железная проволока) имеет около 32 ячеек на люйм длины (2,54 слг); ее удобно взять двух диаметров (тхтшин). Сетке можно придать с помощью молотка на цилиндрическом деревянном бруске такую форму, чтобы ее лиаметр был некшого меньше диаметра трубы, и тогда она будет сохранять свое поло>кение в трубе просто благодаря трению.
Когда нужно получить звук, сетчатые колпачки вдвигаются в трубу на высоту около фута (30,5 см); ниже их располагается пламя большой горелки на таком уровне, чтобы сетка нагревалась до яркокрасного каления. Для этого, если пеобхолимо, следует удлинить вертикальную трубу лампы на дополнительную ллину медной трубкой. ') йцке, Рояя, Аппе том СЧ!1, еер. 339, 1859, Р!1й. Л1аее том ХЧ!1, стр. 419, 1859. 15 Зак 1770 Рекеа, И 1гл.
хш ТЕОРИЯ РЕЗОНАТОРОЗ Когда достигнуто хорошее красное каление, пламя быстро удаляют, убирая горелку или прекращая приск газа. Примерно через секунду возникает звук; вскоре его интенсивность возрастает настолько, что он сотрясает комнату, после чего постепенно замирает.
Общая продолжительность звука может доходить до 1О секунд' ), Обсуждая вопрос о поддержании колебаний в соответствии с уже изложенными взглядами, мы должны исследовать характер переменной отдачи теплоты от сетки воздуху. Пока на отдачу действуют непосредственно изменения давления или плотности, это влияние неблагоприятно, поскольку воздух получает от сетки меньше теплоты, когда его собственная температура в результате сжатия повышается.
Поддержание звука связано с переменной передачей тепла, являющейся результатом переменного движения воздуха через сетку, причем это движение складывается из равномерного движения вверх с движением попеременно вверх и вниз, обязанным колебанию. В нижней половине трубы эти движения действуют согласно за четверть периода до фазы наибольшего сжатия и противодействуют одно другому четвертью периода позднее этой фазы.
Скорость переноса теплоты будет зависеть, главным образом, от температуры воздуха, соприкасающегося с сеткой, и является наибольшей, когда эта температура наинизшая. Пожалуй, всего легче проследить за механизмом действия на простом колебании без постоянного потока. При этих условиях весь воздух, который приходит в соприкосновение с металлом в течение полного периода, нагревается; после этого устанавливается состояние, при котором дальнейшая передача теплоты сравнительно мала. Легко теперь понять эффект пало>кения малого постоянного потока вверх.
В конце движения, направлешюго внутрь, т. е. в фазе наибольшего сжатия, небольшое количество воздуха, с которым этого до сих пор не происходило и который является поэтому холодным, приходит в соприкосновение с металлом, и геплота, сообщенная металлом этому количеству воздуха, действуют наиболее благоприятным образом в смысле поддержания колебания. Совершенно иной результат получается, если поместить сетку в верхней половине трубы.
В этом случае свежий воздух поступает в момент наибольшего разрежения, когда приток тепла оказывает вместо благоприятного — неблагоприятный эффект. Основну>о ноту трубы возбудить поэтому нельзя. дополнительное явление, открытое Босшав) и Риссом з), может быть объяснено на основании тех же самых принципов. Если ноток горячего воздуха встречает холодную сетку, то возникает т) Рт>М. Мяу., том ЧП, стр 155, !879. а) Воазс)>а, Роуд. Апп., том СЧП, стр. 342, 1859. а) к1еаз, Роуу. Апп„том СЧ1П, стр. 653, 1859; том С!Х, стр. 145, 1860, 82231 яэ1!чковыв инстгумвиты звук; но чтобы получить основную ноту трубы, сетку следует расположить в верхней, а не в нижней, как раньше, половине трубы.
В опыте, принадлежащем Риссу, звук поддерживается з течение неограниченного времени. Верхняя часть медной трубы сохраняется холодной с помощью воды, содержащейся в окружающем ее сосуде, через дно которого труба проходит. При этом сетка остается сравнительно холодной, хотя на нее и действует тепло газового пламени, расположенного дюймом или двумя ниже. Опыт иногда удается лучше, когда тяга регулируется деревянной пластинкой, помещенной вблизи на небольшом расстоянии над трубой. Как з опытах Рийке, так и в опытах Рисса переменная передача тепла зависит от колебательного движения, между тем как эффект передачи зависит от изменения давления.
Сетку поэтому следует помещать там, где оба эффекта заметны, т. е. не вблизи узла и не вблизи пучности. Наиболее благоприятное положение,— зто на расстоянии четверти длины трубы от верхнего или от нижнего конца' ). 3227г. Остается коротко рассмотреть другой класс поддерживаемых воздушных колебаний, где поддержание осуществляется путем механического введения жидкости, которое производится в узле вблизи фазы максимального сжатия. Хорошо известные примеры этого явления дают такие язычковые инструменты, как кларнет, и различные духовые инструменты, действующие прямо от губ. Получаемые ноты определяются в основном воздушными столбами, до некоторой степени, вероятно, изменяемыми механическими приспособлениями. Язычковые трубы фисгармонии и органа представляют собой иное устройство.
Высота здесь определяется почти целиком язычками, колеблющимися в силу их собственной упругости, причем резонирующие столбы воздуха или отсутствуют совсем, или же играют лньчь подчиненную роль. В рассматриваемых сейчас инструментах столб воздуха и трубка, в которую вдувается воздух, сообщаются через узкое отверстие, которое периодически открывает и закрывает колеблющийся язычок.
Язычки разделяются Гельмгольцем на открывающиеся внутрь и открывающиеся наружу. В первом случае проход открывается, когда язычок движется внутрь, т. е. против струи воздуха, как это происходит в кларнете. Губные инструменты, такие, как тромбон, принадлежат ко второму классу, где проход открыт в момент, когда губы движутся наружу, т.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
