Звук за работой
Шрифт:
Например, звук рыбы-квакун очень похож на звук боцманской «дудки».
Если морских певцов окажется много, то они, возможно, могут устроить настоящий концерт.
Но мир звуков моря не ограничивается ультразвуками планктона и музыкальными звуками рыб. Само море также издает звуки, но их частота меньше 16 герц, они неслышимы, — это инфразвуки…
Инфразвук, создаваемый морем, и называют «голос моря». Впервые его услышали не физики, изучающие море, а физики-аэрологи, которые занимаются верхними слоями атмосферы.
Было это в 1936 году на советском Севере, на гидрографическом судне «Таймыр», где проводилось изучение моря
Для изучения температуры, влажности и давления в верхних слоях атмосферы аэрологи пользуются радиозондом.
Это резиновый шар, наполненный водородом. К шару прикреплена корзинка, в ней находятся измерительные приборы и радиопередатчик, который передаст результаты измерений на землю.
Аэрологи, как рассказал советский ученый Вл. Березкин, заметили, что, когда такой шар находился вблизи уха, там ощущалась слабая тупая боль. Как будто кто-то давил на барабанную перепонку.
Этим странным явлением заинтересовались все члены экспедиции на судне «Таймыр». Каждый по очереди подносил к уху шар, наполненный водородом, и с удивлением чувствовал неприятное давление. Академик В. В. Шутейкин повторил эти наблюдения в Москве, во время запуска радиозондов, но ничего не обнаружил. Никакой боли не ощущалось. Тогда решили, что причиной возникновения этой странной боли было море. Ведь все наблюдения на «Таймыре» проводились во время плавания.
Аналогичные опыты решили произвести на юге, у Черного моря. Но вместо водорода шар наполнили воздухом. Сколько ни подносили шар к уху, боль не обнаруживалась. Но стоило только заменить воздух водородом— и сразу же наблюдения, сделанные во время плавания «Таймыра», подтвердились. Значит, явление возникало только в шаре, наполненном водородом, и притом вблизи моря.
Что же может создавать боль в ушах?
Она может появиться лишь при наличии дополнительного давления, величина которого изменяется. Но так как мы не слышим этих изменений, то значит, колебания акустического давления либо выше 16 тысяч герц, либо меньше 16. Если бы они были больше 16 тысяч, то это был бы ультразвук, который способен создать острую боль вплоть до ожога. Ощущаемая боль была слабой и тупой. Следовательно, это действие инфразвука.
Поскольку явление наблюдалось вблизи моря, то легко было заключить, что источником инфразвука является море. Порывистый ветер где-то далеко в открытом море, где зарождается шторм, воздействует на поверхность воды, которая приходит в движение, создавая волнение. Это приводит к сжатию и разрежению воздуха над поверхностью моря. Распространяясь в пространстве, эти изменения и порождают инфразвуковую волну.
Ощущать инфразвуки могут не все люди. Впоследствии выяснилось, что некоторые жители побережья чувствуют его без всякого шара, наполненного водородом. Появление тупой боли в их ушах большей частью предшествует наступлению штормовой погоды. Поэтому, опираясь лишь на многолетние наблюдения, эти люди могут задолго до начала шторма предсказать его наступление — хорошее качество для моряка, но, к сожалению, оно далеко не всем присуще, а те, кто его имеет, как правило, страдают болезнью, называемой ревматизмом.
Вернемся к выяснению роли шара, наполненного водородом, при помощи которого впервые обнаружили инфразвуковые колебания — «голос моря».
Дело сводится вот к чему. Звуковая волна независимо от частоты распространяется в воздухе с одной и той же скоростью. Когда она встречает на своем пути шар, наполненный водородом, в котором скорость распространения звука почти в четыре раза больше, на поверхности шара происходит преломление и отражение инфразвуко-вой волны. Падающая на шар инфразвуковая волна, таким образом, отражается и частично преломляется. При этом она оказывает на оболочку шара давление, величина которого меняется с частотой падающей волны.
Давление со стороны падающей инфразвуковой волны является внешней силой, которая заставляет водород внутри шара совершать вынужденные колебания.
Если объем водорода имеет собственную частоту, близкую частоте падающей на шар волны, то амплитуда этих колебаний резко возрастает. Наступает явление резонанса, появляются инфразвуковые волны, амплитуда акустического давления которых во много раз больше амплитуды волны, падающей на шар.
И эти колебания воспринимаются ухом каждого человека как слабая тупая боль.
К такому выводу пришел академик В. В. Шулейкин при объяснении «голоса моря».
Однако эти рассуждения необходимо было проверить экспериментально и результаты опыта сопоставить с изложенной теорией.
Для этого тонкостенный резиновый шар наполнили водородом и укрепили в углу комнаты в домике на берегу моря. Предварительно подсчитали собственную частоту свободных колебаний взятого шара — она оказалась равной десяти. К шару прикрепили легкий алюминиевый стержень, на другом конце которого находилось зеркало. Зеркало осветили узким пучком света, который, отражаясь, падал на шкалу.
Море было спокойно, но покой был только вблизи берега. Где-то далеко от берега над морем рыскал штормовой ветер и, обтекая волны, порождал инфразвуковые колебания. Они быстро достигли берега и ворвались в дом, заставляя резонировать шар-зонд, наполненный водородом. Зайчик света при колебаниях шара двигался по шкале то в одну, то в другую сторону.
Десять колебаний в секунду — собственная частота шара. Если он колеблется, значит, частота звуковой волны близка к его собственной частоте. Это означало, что «голос моря» — инфразвуковая волна, ибо ее частота менее 16 герц.
А после окончания опытов советский ученый Доброклонский приступил к созданию прибора, который предупреждал бы моряков о приближающемся шторме.
Прибор Доброклонского представляет собой металлический шар с открытым горлышком.
Под действием «голоса моря», то есть инфразвуковых волн, возникающих в районе шторма, воздух внутри шара приходит в колебание, а в горлышке в это время он как бы продувается то в одну, то в другую сторону, создавая сильные потоки.
Для того чтобы обнаружить этот «ветер», в шар поместили проволочку, по которой проходит электрический ток. При прохождении тока проволочка нагревается и отдает тепло в окружающий воздух. Устанавливается «нормальное» охлаждение. Температура проволочки, а следовательно, и сопротивление ее остаются постоянными. Стрелка прибора, которым измеряют силу электрического тока, при этом находится на определенном делении шкалы.