Дж.В. Стретт - Теория звука (1124008), страница 83

Просмтор этого файла доступен только зарегистрированным пользователям. Но у нас супер быстрая регистрация: достаточно только электронной почты!

Текст из файла (страница 83)

В таком положении наблюдался лишь незначительный эффект, но малейшее смещение приводило к быстрому разрушению струи. Для того чтобы возбудить чувствительность струй к тонам умеренной частоты, как я обнаружил, выгодно пользоваться резонаторами. Последние могут иметь форму гельмгольцовых резонаторов; но и соответственно подобранные широкогорлые склянки отвечают этому назначению. Существенно, чтобы струя вытекала из отверстия в область быстрого обратного движения в устье резонатора и притом в поперечном направлении.

Хорошие результаты были получены при частоте 256, Если ааставлять одновременно звучать два камертона приблизительно такой частоты, несколько расстроенных друг относительно друга, то эволюции струи дыма, соответствующие слышимым биениям, хорошо ааметны. Постепенно повышая давление, под которым подавался дым, по способу, обычному для таких экспериментов, можно было добиться высокой степени чувствительности, как с вытянуг) РЬИ.

Ма8ь том ХЧ11, стр. 188, 1884. 393 370~ чузстэительныа стРуи тым стеклянным отверстием, так и со стеатитовой горелкой с малым отверстием, которой пользовался Тиндаль. В некоторых случаях (даже'при частоте 256) комбинации струи и реаонатора оказывались почти так же чувствительными к звуку, как само ухо, Поведение чувствительной струи не зависит от частиц дыма, роль которых состоит только в том, чтобы сделать эффекты более легко видимыми.

Я производил повторно эти наблюдения без дыма, просто заставляя струи воздуха, вытекающие из этих яге отверстий, ударять в пламя свечи, помещенной на соответствующем расстоянии. В таких случаях, как бьшо указано Тиндалем, пламя просто действует как индикатор состояния струи, иначе невидимой. Даже и без резонатора чувствительность таких струй к свистящим звукам может быть использована с успехом для постановки изящных опытов. Комбинация струи, резонатора и пламени обнаруживает иноглл тенденцию звучать сама по себе; однако мне не удавалось получать хорошо поддерживаемый звук.

Как бы то ни было, этот эффект з таком виде, пожалуй, соответствует эффекту, замеченному Саваром и Плато при наблюдении водяных струй, разрушающихся под действием поверхностного натяжения и при распадении на капли ударяющихся в твердое препятствие, как, например, дно сосуда, механически связанное с отверстием, откуда вытекает начальная струя. Вследствие этой связи всякий правильный цикл в распадении струй способен, как это и было, воспроизводить себя.

Надеясь улучшить условия наблюдения над изменениями неустойчивых струй, я стал далее прибегать к окрашенной воде, текущей под водой. В этой форме экспериментом легче управлять, чем в случае струй дыма, которые трудно освещать и которые легко разрушаются при малейшем дуновении. В качестве окрашивающего вещества предпочтительно употреблялся марганцевокислый калий, причем окраску можно было ослаблять, примешивая к общей массе жидкости немного сернокислой закиси железа. Струи обычно сбрасывались вниз в широкий сосуд или в стеклянную ванну и освещались сзади сквозь кусок стекла. Оказалось, что тоны максимальной чувствительности для этих струй жидкости были вначительно ниже, чем тоны, необходимые для дымовых струй или пламен. Камертоны, дающие от 20 до 50 колебаний в секунду, повидимому, вызывали максимальный эффект, для наблюдения которого необходимо только привести подставку камертона в соприкосновение со столом, на котором находится прибор.

Общее поведение струи можно было наблюдать без стробоскопических приспособлений, — заставляя жидкость в сосуде вибрировать от стенки к стенке под действием тяжести. При этом было видно, что окрашенная линия, выходящая из отверстия, становится постепенно все более и более извилистой, а несколько ниже представляется в виде шнурка, самопроизвольно изгибающегося вперед и назад. Я проследил процесс разбиения при постепенно 394 вихгввоз движения и чзвствитвльныв пллмзнл (гл.

хх! увеличивающихся частотах колебательного возмущения — от 1 — 2 в секунду примерно до 24 в секунду, — пользуясь электромагнитными прерывателями, посылающими прерывистые токи с помощью электромагнита, который действовал на арматуру из мягкого желева, прикрепленную к отверстию, На каждой стадии давление, под которым подается струя, должно быть отрегулировано так, чтобы давать правильную степень чувствительности. Если давление слишком велико, то струя дрожит неаависимо от наложенного колебания, и изменения становится неправильными; в противном случае, явления хотя и наблюдаются обычно, но не так хорошо ваметны, как в случае, когда произведено соответствующее регулирование.

После некоторой практики можно достаточно хорошо истолковать то, что видно непосредственно; но для того чтобы иметь перед глазами картину того, что происходит в действительности, мы должны прибегнуть к прерывистому наблюдению. Наилучшие результаты получаются с двумя несколько выведенными из унисона камертонами, один из которых служит для того, чтобы создать разбиение струи, а другой (при помощи перфорированных пластинок, прикрепленных к его ножкам) — для того, чтобы осуществить прерывистое наблюдение. Разность частот должна быть равна примерно 1 колебанию в секунду. Если имеется возможность получить равномерное вращение, то вместо второго камертона можно взять стробоскопический диск 1).

Выполнение этих наблюдений, в особенности при желании их нарисовать, трудно, если мы не в состоянии управлять плоскостью изгибов. Для того чтобы хорошо видеть фазы, необходимо, чтобы плоскость изгибов была перпендикулярна линии зрения; однако при симметричном отверстии это может произойти только случайно.

Эту трудность можно преодолеть, делая легкие зарубки на конце вытянутого стеклянного отверстия в двух противоположных сторонах (Барретт). Таким способом плоскость изгиба делается обычно определенной, именно как плоскость, содержащая зарубки, так что, поворачивая отверстие вокруг оси, можно достаточно хорошо показать главу изгибы струи. Иногда обнаруживается, что струя делится на две части, несовершенно связанные как бы посредством пленки. Повидимому, это соответствует раздвоению пламен и дымовых струй под сильным Звуковым воздействием и вызывается звуковыми импульсами, которые мы можем рассматривать как разорванные волны, принимающие попеременно различные направления.

Как уже было отмечено, тоны, свойственные водяным струям, значительно ниже, чем тоны, свойственные струям воздуха, вытекающим из тех же самых отверстий. Кроме того, соответствующие !) В оригинальной статье (РЛ!!. Мал., том ХЧП, стр. 188, 1884) приведены рисунки госпожи Сиджзик. См, также Ргос.

)гоу. УпгГ., том Х!Д, стр. 261, 1891, где воспроизведены моментальные фотографии. 395 370) пагвмвнная вязкость скорости в первом случае аначительно меньше, чем во втором. Причиной этой разницы является ие ббльшая плотность, как это можно было, пожалуй, предположить сначала, но меньшая вязкость воды, разумеется, кинематическая. Нетрудно видеть, что плотность, которая предполагается одинаковой для струи и для окружающей жидкости, несущественна, если не считать, конечно, того,что более плотная жидкость требует большего давления для того, чтобы приобрести заданную скорость. Влияние вязкости жидкости на эти явления выяснено в указанной выше статье об устойчивости и неустойчивости определенных движений жидкости "), а законы динамического подобия в применении к жидкостному трению, изложенные Стоксомя), позволяют сравнивать поведение жидкостей друг с другом.

Размерность кинематического коэффициента вязкости есть площадь, деленная на время. Если пользоваться одинаковым отверстием в обоих случаях, то следует сохранять ту же самую единицу длины. Таким образом, следует брать время обратно пропорциональным, а скорость — прямо пропорциональной коэффициенту вязкости.

При переходе от воздуха к воде следует уменьшать частоту и скорость приблизительно в 10 раз. Однако, несмотря на меньшую скорость, водяная струя потребует большего давления, поскольку плотности рааличаются в отношении, превышающем 100: 1». Побуждаемый этими соображениями, я производил опыты для проверки того, будут ли струи вести себя иначе в теплой (менее вязкой) воде, а также для того, чтобы обнаружить эффект замены воды смесью равных частей спирта и воды, которая, как известно, более вязка, чем каждая из ее составляющих. Обнаружилось, что эффект изменения вязкости различен. Струя, которая возбуждалась при давлении более чем !/, дюйма (0,63 сл!) водяного столба, если жидкостью служила вода при температуре ниже точки кипения, требовала приблизительно 25 дюймов (63 слг) давления для своего возбуждения, если вместо воды взять спиртовую смесь.

Этими явлениями была ясно установлена важная роль вязкости. Характер действия вязкости, вероятно, следую!ций. У основания струи, в том месте, где она только что покидает отверстие, имеется хорошее приближение к разрывному течению и высокая степень неустойчивости. Если подходит возмущение достаточной интенсивности и соответствующего периода, то правильное движение нарушается и не может быть далее восстановлено.

Однако неустойчивость имеет чрезвычайно короткий срок для того, чтобы произвести свое действие. Под влиянием вязкости изменения скорости становятся более постепенными, и неустойчивость быстро уменьшается, если не исчезает вовсе. Таким образом, если воамущенив недостаточно для !) МВЖ 8од Ргос., февраль 12, 1880. См. $388. В) 3!окез, СВИТЬ. РМ. угалм, !850; гОп !Ве Ейея! о! !п!егпа! Рйс!!оп о1 Е!ВЫВ оп !йе Мо!!оп о1 Репйп!Вшз», 5 5.

Характеристики

Список файлов ответов (шпаргалок)