Дж.В. Стретт - Теория звука (1124008), страница 84
Текст из файла (страница 84)
См. также Не!шпо!!я, реп'. Алп., том Ч11, стр. 337 (1879) илн другое издание, том 1, стр. 891. 396 Вихгевое дВижение и чувствительныв пллменА [гл. хх! того, чтобы вызвать разбиение за короткий период неустойчивости, то струя в значительной степени может вести себя так, как будто бы она вовсе не была возмущена, и может достичь полного развития, наблюдаемого в длинных пламенах и дымовых струях. Этот временный характер неустойчивости представляет вторую черту, строго отличающую эти струи от струй Савара, в которых капнллярность имела неограниченное время действия.
Когда пламя зажигается у горелки, то имеются дальнейшие осложнения, которым трудно дать удовлетворительное объяснение. Высокая температура приводит, конечно, к увеличению вязкости, н это позволяет объяснить допустимость в этом случае более высокого давления и эффективность более низких тонов. Однако возможно, что изменение, обязанное зажиганию, имеет еще более фундаментальную природу.
Для того чтобы получить ценные сведения относительно разбиения струй, можно применить остроумный метод наблюдения, которым мы обязаны Бэллу' ); однако результаты, полученные автором, не согласуются со взглядами Бэлла, придерживающегося теории симметричности. В этом методе прямо перед отверстием, из которого вытекает воздух, помещается второе подобное же отверстие, которое соединяется с ухом наблюдателя посредством резиновой трубки.
Предусмотрены особые приспособления для того, чтобы отверстие, через которое звук воспринимается, было отрегулировано достаточно точно как в продольном, так н в поперечном направлении. Если расстояние подобрано правильно, то небольшие возмущения, действующие на струю, воспринимаются в увеличенных размерах. Так, слабо звучагций камертон, поднесенный к струе, слышен громко; то, что этот эффект обязан особым свойствам струи, доказывается непосредственно путем прекращения подачи воздуха: тогда звук становится слабым, если не совершенно неслышным.
Балл доказал, что для эффективности этого приспособления требуется малая площадь отверстия для слушания; если последнее достаточно велико, чтобы пропускать полностью поток воздуха, сопровождающий струю, то слышимость сравнительно мала. В нижеследующих экспериментах струя воздуха из хорошо отрегулированных мехов вытекала через стеклянную насадку и ударялась в подобную же слуховую трубку.
Струя возбуждалась камертонами (с' илн с"), удерживаемыми вблизи. Если положение камертона было таково, что плоскость его ножек была перпендикулярна струе, а продолнгение оси подставки пересекалось со свободным концом насадки, то слышимый звук был значительно слабее, чем когда камертон смещался вбок в его плоскости так, что отверстие приближалось к одной из ножек. Это, повидимому, доказывает, что н здесь также эффект создается А) ВВ11, РЬЛ.
Тгапу., том С1.ХХЧ11, стр. ЗЗЗ, 1888, 397 371) птичьи манки не изменением давления, а поперечным движением, заставляющим изгибаться струю. Очевидное подтверждение этого можно получить из наблюдений над влиянием малых движений слуховой насадки. Если расположить эту насадку аксиально, то основной тон камертона, поднесенного сбоку к отверстию струи, слышен лишь слабо, но октава этого тона слышна и часто очень сильно. Однако если сместить вбок слуховую насадку, то основной тон камертона появляется и слышен громко.
371. Очень удобным источником внуков высокой частоты является птичий манок, в котором поток воздуха, выходящий из круглого отверстия в тонкой пластинке, ударяется центрально в подобное же отверстие в параллельной пластинке, прикрепленной на небольшом расстоянии. Условия, от которых зависит частота, исследовались Зондхаусом '), но остается еще много темного в вопросе о способе возбуждения колебаний.
Согласно Зондхаусу, частота относительно независима от размеров и формы пластинок, изменяясь прямо пропорционально скорости (о) струи н обратно пропорционально расстоянию (а1) между пластинками. Если допустить независимость других элементов и считать, что частота и является функцией только от и, а( и Ь— диаметра струи, то из динамического подобия следует, что а = — „° 7(Ь), (1) где 7 в произвольная функция. Таким образом, если Ь|0 постоянно, то закон Зондхауса должен выполняться. Вследствие очень малых размеров применяемых свистков можно с достаточным основанием заключить, что действие нх должно быть приблизительно независимым от скорости звука, а следовательно (при данной и), — от плотности газа; возникает, однако, вопрос, не является ли существенным элементом вязкость. Если предположить, что соблюдается геометрическое подобие (Ь пропорционально а7), то теоретическая формула, если сохранить вязкость, есть и = — „° ГЯ (2) где а — кинематический коэффициент вязкости, имеющий размерность 2 по длине и — 1 по времени.
Но если обратиться к численному примеру, то кажется невероятным, чтобы степень вязкости играла большую роль в определении частоты. В единицах С05 а = 0,16 для воздуха; и если давление, которое гонит струю, равняется 1 см ртутного столба, то и = 4000 см)сек. Следовательно, если мы возьмем Н = 0,1 слг, то будем иметь т7ий =- 0,0004, так что Р(а!па!) едва ли может сильно отличаться от Р(0). Птичий манок очень легко сделать. Первая пластинка диаметром в 1 нли 2 см прикрепляется или припаивается к концу короткой а) Бопйпапаа, Роуд.
Алла том ХС!, стр. 126, 1854. 398 вихгавок движвнив и чквотвиткльнык пллмзна (гл. ххг подающей трубки. Вторую пластинку манка удобно сделать треугольной, причем отогнутые вниз углы припаиваются к первой пластинке. Йля свистков со средней высотой тона отверстие можно сделать в жестяной плйстинке, но если желательно получить очень высокий тон, то более подходящим материалом будет тонкая листовая латунь или листовое серебро. Отверстия в последнем случае можно уменьшить до '/ .нлг в диаметре, а расстояния между ними до ! ,к.к. Во всяком случае края отверстий должны быть острыми и чистыми'). Для испытания манок должен быть соединен с хорошо регулируемой подачей воздушной струи и с манометром, позволяющим точно измерять действующее давление.
Когда будет найдено, что свисток ввучит хорошо, следует записать давление и соответствующую длину волны. Если тоны высоки или неслышны, то требуется чувствительное пламя с высоким давлением, а длина волны должна рассчитываться из интервала между положениями, в которых необходимо удерживать отражатель для того, чтобы пламя обнаруживало наименьшее возмущение Я 370).
Без всяких затруднений можно получить длины волн (полные) всего в 1 см, а с некоторыми предосторожностями можно достичь и длин волн в 0,6 см, соответствующих приблизительно 50 000 колебаниям в секунду. В опытах над минимальными длинами волн расстояние между свистком и пламенем не должно превышать 50 слг, а пламя должно быть отрегулировано до уровня вспышки. Во многих случаях птичий манок, который не звучит, можно заставить звучать при помощи отражающей пластинки, помещаемой на небольшом расстоянии перед ним. На практике отраягатель можно с успехом заменить полоской металла, например в 1 сж шириной; и в тех случаях, когда такое добавочное приспособление необходимо, правильное расстояние равно (четному или нечетному) кратному половины длины волны.
В некоторых случаях необходимое положение полоски определяется весьма точно. По вопросу о том, является ли возмущение струи, сопровождающее генерацию звука, узловатым или извилистЫм, можно получить некоторое свидетельство из наблюдений над характером излучения звука. Если принять последнюю точку зрения, то мы могли бы ожидать, что звук будет ослабевать или даже совершенно исчезать в акснальном направлении, как зто происходит, например, в случае звука, излучаемого колоколом ($ 282). Однако, насколько я мог наблюдать, звук, испускаемый птичьим манком, звучащим без помощи отражающей полоски, однороден в пределах широкого угла; этот факт можно рассматривать как свидетельствующий строго в пользу того взгляда, что возмущение здесь симметрично т) Проф.
А. М. Мейер сконструировал изящно отделанные манки, в которых расстояние между пластинками регулируется движением винта. 300 3721 эоловы тоны по характеру или увловато. Другое свидетельство в пользу такого же ааключения дает поведение ревонирующнх трубок, которые заставляют звучать при помощи птичьих манков. Пара перфорированных пластинок располагается симметрично на одном конце трубки длиною в 40 или 50 слг. Другой конец трубки акустически открыт; сквозь свисток заставляют проходить слабый поток воздуха, проще всего при помощи очень узкой трубки, вставленной в открытый конец, в которую вдувается воздух ртом.
Тщательно регулируя силу дутья, можно заставить трубку звучать в тоне различных гармоник, и самый факт, что она вообще авучит, повидимому, покааывает, что поток воздуха, проходящий сквозь манок, переменный. Характер действия примерно следующий. Когда симметричное расширение достигает второй пластинки, то оно не в состоянии пройти свободно сквозь отверстие, и возмущение, вероятно, отбрасывается, со скоростью внука, — назад к первой пластинке, — где оно дает начало новому возмущению, которое в свою очередь растет при продвижении струи.
Однако освещение этого и многих родственных явлений остается еще несовершенным. 372, Эоловы тоны, подобные звукам эоловой арфы, воаникают прн действии ветра на натянутую проволоку, могущую колебаться с рааличной быстротой; таким образом, возникновение этих тонов несомненно связано с неустойчивостью вихревых слоев. Однако несущественно, чтобы проволока принимала участие в колебании, и Струхальг) изучал это явление в общем виде под названием етонов, создаваемых трением Яе1Ьппдз1бпе)я. В экспериментах Струхаля заставляли вращаться с равномерной скоростью вокруг параллельной оси вертикальную проволоку, прикрепленную к соответствующей раме. Обнаружилось, что высота эолова тона, генерируемого относительным движением проволоки и воздуха, не зависит от длины и от натяжения проволоки, но изменяется с изменением диаметра г2 и скорости гг относительного движения.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
