Физика на каждом шагу
Шрифт:
Ученые еще 200 лет назад в точности измерили, с какою скоростью бежит звук под водою. Сделано это было на одном из швейцарских озер – на Женевском. Два физика сели в лодки и разъехались километра на три один от другого. С борта одной лодки свешивался под воду колокол, в который можно было ударять молотком с длинной ручкой. Ручка эта была соединена с приспособлением для зажигания пороха в маленькой мортире, укрепленной на носу лодки: одновременно с ударом в колокол вспыхивал порох, и яркая вспышка видна была далеко кругом. Мог видеть эту вспышку, конечно, и тот физик, который сидел в другой лодке и слушал звук колокола в трубу, спущенную под воду. По запозданию звука в сравнении со вспышкой определялось, сколько секунд бежал звук по воде от
Еще лучше и быстрее передают звук твердые упругие материалы, например, чугун, дерево, кости. Приставьте ухо к торцу длинного деревянного бруса или бревна и попросите товарища ударить палочкой по противоположному концу, вы услышите гулкий звук удара, переданный через всю длину бруса. Если кругом достаточно тихо и не мешают посторонние шумы, то удается даже слышать через брус тиканье часов, приставленных к противоположному концу. Так же хорошо передается звук через железные рельсы или балки, через чугунные трубы, через почву. Приложив ухо к земле, можно расслышать топот лошадиных ног задолго до того, как он донесется по воздуху; а звуки пушечных выстрелов слышны этим способом от таких отдаленных орудий, грохот которых по воздуху совсем не доносится. Так хорошо передают звук упругие твердые материалы; мягкие же ткани, рыхлые, неупругие материалы очень плохо передают через себя звук, – они его «поглощают». Вот почему вешают толстые занавески на дверях, если хотят, чтобы звук не достигал соседней комнаты. Ковры, мягкая мебель, платье действуют на звук подобным же образом.
Мнимый колокол
В числе материалов, хорошо передающих звуки, сейчас упомянуты были кости. Хотите убедиться, что кости вашего собственного черепа обладают этим свойством? Захватите зубами колечко карманных часов и зажмите руками уши; вы отчетливо услышите мерные удары балансира, заметно более громкие, нежели тиканье, воспринимаемое ухом через воздух. Эти звуки доходят до вашего уха через кости головы.
Вот еще забавный опыт, доказывающий хорошую передачу звуков через кости черепа. Привяжите к середине бечевки столовую ложку так, чтобы бечевка имела два свободных конца. Концы эти прижмите пальцами к закрытым ушам и, подавшись корпусом вперед, чтобы ложка могла свободно раскачиваться, ударьте ею о что-нибудь твердое. Вы услышите низкий гул, словно возле самого вашего уха раздается колокольный звон.
Еще лучше удается опыт, если вместо ложки взять кочергу или тяжелые щипцы для углей.
Сила звука
Как ослабевает звук с расстоянием? Физик ответит вам, что звук ослабевает «обратно пропорционально квадрату расстояния». Это означает следующее: чтобы звук колокольчика на тройном расстоянии был слышен так же громко, как на одинарном, нужно одновременно звонить в 9 колокольчиков; на 4-кратном расстоянии – в 16 колокольчиков и т. д.
Теперь вы поймете, между прочим, почему легкий шепот соседа так сильно мешает нам слушать речь оратора на далекой эстраде или слова артиста на отдаленной сцене. Предположим, что оратор или артист находятся от вас в 15 м, а голова соседа – в 30 см от вашего уха. Голос оратора достигает до вас с расстояния в 1 500: 30, т. е. в 50 раз большего, чем шепот соседа. И значит, если даже шепот в 50 x 50, т. е. в 2 500 раз слабее голоса оратора на равном расстоянии, для вас он будет не менее громок. Вот почему сосед своим «тихим» разговором всегда заглушает для вас голос, доходящий со сцены или эстрады.
По той же причине так важно, чтобы ученики в классе не разговаривали между собою и вообще соблюдали полную тишину во время объяснения учителя; разговаривающие мешают не столько учителю, сколько соседям, заглушая для них его слова.
Кто громче?
Если вы хорошо поняли закон ослабления звука, ответьте на вопрос:
Какая
Правильный ответ: сильнее оглушают два младенца. В самом деле: их крик на расстоянии 2 м ослабевает в 4 раза по сравнению с громкостью на расстоянии 1 м. Следовательно, до уха слушателя доносится звук в 2/4, т. е. вдвое слабее, чем крик одного младенца на расстоянии 1 м. От группы же трех младенцев звук доходит ослабленным в 9 раз по сравнению с его силою на расстоянии 1 м; следовательно, сила звука с этой стороны составляет 3/9, или одну треть силы крика одного младенца на расстоянии 1 м. Значит, крик двоих доносится громче крика троих
в полтора раза.
Эхо
Когда произведенный нами звук, отразившись от стены или другой преграды, возвращается и вновь достигает нашего уха, мы слышим эхо. Оно может быть отчетливо лишь тогда, если между возникновением звука и его возвращением проходит не слишком мало времени. Иначе отраженный звук сольется с первоначальным и усилит его, тогда звук «отдается», например, в больших пустых комнатах.
Вообразите, что вы стоите на открытом месте, а прямо перед вами, в 33 м, возвышается дом. Хлопните в ладоши: звук пробежит 83 м до дома, отразится от его стен и вернется обратно. Через сколько времени? Так как он прошел 33 м туда и столько же обратно, т. е. всего 66 м, то он вернется через 66: 330, т. е. через 1/5 секунды. Наш отрывистый звук был настолько короток, что успел прекратиться меньше чем в 1/5 секунды, т. е. прежде чем пришло эхо; оба звука не слились, они слышны были раздельно. Каждое односложное слово – «да», «нет» – мы произносим примерно в пятую долю секунды; поэтому односложное эхо мы слышим, уже находясь на расстоянии 33 м от преграды. Эхо же двусложного слова, при таком расстоянии, сливается с звуком слова, усиливая его и делая неясным; отдельно мы его не слышим.
На каком же расстоянии должна быть преграда, чтобы можно было отчетливо слышать двусложное эхо, например от слов «ура», «ого»? Произнесение таких слов длится 2/5 секунды; за это время звук должен успеть пройти до преграды и обратно, т. е. двойное расстояние до преграды. Но в 2/5 секунды звук проходит
Половина этого, 66 м, и есть наименьшее расстояние до преграды, могущей породить двусложное эхо.
Теперь вы уже сами рассчитаете, что для трехсложного эха требуется расстояние в сотню метров.
Глава шестая Свет и глаз
Страшная тень
– Хочешь увидеть нечто необычайное? – как-то вечером обратился ко мне в детстве старший брат. – Пойдем со мной в соседнюю комнату.
Комната была темная. Брат взял свечу, и мы пошли. Отважно шагал я впереди, смело открыл дверь и храбро вступил первым в комнату. Но тут я застыл; со стены глядело какое-то нелепое чудовище. Плоское, как тень, оно пялило на меня свои глаза.
Признаюсь, я изрядно струсил. И, наверное, кинулся бы бежать, если бы сзади не раздался смех брата.