1.Мел
Почему так ужасно скрипит мел, если мы неправильно держим его, когда пишем на доске? Как влияет на скрип положение мела относительно доски и чем определяется частота издаваемого им звука? Почему скрипят двери и почему визжат шины автомобиля, когда он резко трогается с места?Ответ:
Скрип и визг в рассмотренных случаях обусловлены «зацеплением и соскальзыванием». Так, мел, когда его неправильно держат, вначале зацепляется за доску, но когда пишущий достаточно сильно нажимает на мел, он внезапно соскакивает и начинает вибрировать, периодически «зацепляясь» за доску и вновь соскальзывая. Вследствие этого и возникает скрип.
2. «Поющий бокал».
Почему винный бокал «поет», если провести мокрым пальцем вдоль его края? Что именно вызывает звучание бокала и почему палец при этом должен быть влажным и не масляным? Что определяет частоту звука? Каковы колебания кромки бокала: поперечные или продольные? Наконец, почему пучности (максимумы) колебаний поверхности вина в бокале смещены вдоль кромки бокала на 45° от точки, в которой палец касается кромки?
Ответ:
Палец возбуждает продольные колебания, распространяющиеся вдоль кромки. При этом возникают также поперечные колебания, перпендикулярные кромке. Последние вызывают движение жидкости. Пучности поперечных колебаний, а следовательно, и пучности колебаний жидкости, расположены в 45° от пучностей продольных колебаний. Так как в том месте, где палец касается кромки бокала, находится пучность продольных колебаний, пучность колебаний жидкости смещена от пальца вдоль кромки бокала на 45°.
3. Вибрация барабана.
Если ударить с одной стороны по барабану, то колебаться, хотя и не одновременно, будут обе его мембраны. Очевидно, энергия колебаний периодически переходит от одной мембраны к другой, и они поочередно почти перестают колебаться. Почему это происходит? Как вы думаете, согласованно ли колеблются мембраны? Чем определяется частота перехода энергии колебаний от одной мембраны к другой?
Ответ:
Представьте себе, что одна мембрана барабана колеблется, а другая − нет. Движущаяся мембрана начинает возбуждать неподвижную, сжимая находящийся между ними воздух. Когда же вторая мембрана приходит в колебательное движение, воздух внутри барабана начинает тормозить первую и ее колебания постепенно затухают. Наконец, колебания второй мембраны достигают максимума, а колебания первой прекращаются − мембраны меняются ролями и т. д.
Мембраны барабана ведут себя так же, как два связанных маятника. Подвесьте одинаковые математические маятники на горизонтальной нити, затем выведите один из них из положения равновесия и отпустите. Вы увидите, как колебания одного из маятников будут постепенно затухать, а другого − усиливаться. Затем начнут затухать колебания второго маятника и усиливаться первого и т. д.
4. Басовые частоты на грампластинке.
Если я полностью убираю громкость на проигрывателе и прислушиваюсь к звуку, издаваемому непосредственно иглой, то я хорошо слышу высокие частоты, присутствующие в записанной на пластинке музыке, но почти не слышу низких. Усилитель сконструирован с таким расчетом, что низкие частоты он усиливает гораздо больше, чем высокие. Какие практические соображения заставляют уменьшать уровень низких частот при записи на граммофонные пластинки? (Почему игла плохо излучает низкие частоты?
Ответ:
Для того чтобы записывать на пластинке басы с той же амплитудой сигнала, что и высокие частоты, потребовалось бы такое отклонение иглы, которое захватило бы и соседнюю дорожку. Плохое излучение иглой низкочастотных звуков связано в первую очередь с тем, что размеры такого излучателя малы по сравнению с длиной волны. Разные коэффициенты усиления при воспроизведении низких и высоких частот объясняются несколькими причинами. Во-первых, уровень высоких частот при грамзаписи специально повышают, чтобы сделать его намного больше уровня высокочастотных помех − свистов, скрипов и т. д. Во-вторых, выходной сигнал в современных звукоснимателях магнитной системы обычно пропорционален скорости движения иглы, а значит, и частоте записанного звука.
5. «Поющий» песок.
Кое-где в мире, например на некоторых английских пляжах, встречается песок, который издает под ногами свистящий звук. Скрип песка еще можно как-то объяснить, но я не могу представить, отчего песок свистит. Быть может, какая-то особая форма песчинок способствует его звучанию?
Ответ:
В обоих случаях звук, по-видимому, обусловлен колебаниями песка, которые возникают, − когда отдельные его слои сдвигаются относительно друг друга. Песок под ногой вдавливается вглубь, а при осыпи один слой песка скользит по другому. Хотя механизм возникновения звука пока остается неясным, по-видимому, «поет» песок, состоящий преимущественно из круглых песчинок одинакового размера.
6. Ревущие дюны.
Еще более странным кажется «рев», который издают порой песчаные дюны. Совершенно неожиданно в тишине пустыни дюна вдруг начинает «реветь» с такой силой, что приходится кричать, чтобы тебя могли услышать твои спутники. Ключ к разгадке, возможно, следует искать в том, что в этот момент на подветренной стороне дюны происходит осыпь песка. В таких осыпях нет, конечно, ничего особенного: именно таким образом дюна передвигается по пустыне. Быть может, при некоторых условиях осыпь вызывает сильные вибрации песка, сопровождающиеся «ревом»?
Ответ:
В обоих случаях звук, по-видимому, обусловлен колебаниями песка, которые возникают, − когда отдельные его слои сдвигаются относительно друг друга. Песок под ногой вдавливается вглубь, а при осыпи один слой песка скользит по другому. Хотя механизм возникновения звука пока остается неясным, по-видимому, «поет» песок, состоящий преимущественно из круглых песчинок одинакового размера.
