group-telegram.com/getaclass_channel/823
Last Update:
#physics
#физика
Если у вас есть большая морская раковина, приставьте её к уху, оставив небольшую щель, и вы услышите «шум моря». Ну, а если вам не повезло, и раковины нет, замените её обычной стеклянной банкой — «шум моря» будет ничуть не хуже, поэтому закрадывается подозрение, что море здесь не при чём. Прижмите банку вплотную к голове, и звук пропадёт: банка действует как резонатор, выбирая из внешнего шума какие-то звуки и усиливая их.
Сделаем ещё один простой опыт — возьмём пластиковую бутылку, подуем на край горлышка, и бутылка издаёт низкий однотонный звук. Это явление хорошо описывается моделью, которую предложил в 1863 году в своей книге «Учение о слуховых ощущениях как физиологическая основа для теории музыки» выдающийся немецкий учёный Герман Гельмгольц.
Он рассуждал так: когда бутылка звучит, воздух в горлышке быстро движется, а внутри бутылки он сжимается и расширяется, оставаясь почти неподвижным, и это похоже на колебания груза на пружине. Воздушная «пробка» в горлышке играет роль груза, а воздух внутри сосуда — роль пружины. Когда «пробка» входит внутрь, воздух в сосуде сжимается, давление становится больше атмосферного, и избыточное давление выталкивает «пробку» назад. А когда "пробка" выходит наружу, давление в сосуде понижается, и избыток атмосферного давления заталкивает «пробку» назад. При этом «пробка» каждый раз по инерции проскакивает положение равновесия и совершает периодические колебания.
Из этой модели следует, что квадрат частоты колебаний пропорционален площади поперечного сечения горлышка и обратно пропорционален длине горлышка и объёму сосуда: чем длиннее горлышко, тем больше масса «пробки»; чем больше объём, тем меньше жёсткость воздушной пружины. Мы проверили на опыте зависимость частоты звука от всех трёх параметров — длины горлышка, его сечения и объёма бутылки, и получили хорошее согласие с теорией.
Конечно, воздушная «пробка» существует только в модели, а на деле воздух приходит в движение и рядом с горлышком, и физики в этом случае говорят, что эффективная длина горлышка несколько больше. Ещё в модели предполагается, что давление внутри сосуда всюду одно и то же, и это хорошее приближение: для характерных частот 150 Гц длина звуковой волны составляет 2 метра, что гораздо больше размеров бутылки. Интересно, что в сферических резонаторах, которые сам Гельмгольц использовал в своих исследованиях физиологии слуха, вместо горлышка было сделано обычное отверстие.
Но вернёмся к способности резонатора выделять и усиливать только определённые звуки. Мы включили динамик, опустили внутрь бутылки микрофон и сняли её амплитудно-частотную характеристику. На графике получился достаточно узкий резонансный пик, соответствующий собственной частоте колебаний 210 Гц. Теперь подадим на динамик белый шум с очень широким спектром, и резонатор выделяет звук на частотах, близких к собственной, тот самый «шум моря».
Из резонатора Гельмгольца можно сделать настоящую звуковую ракету. А его главное практическое применение — не усиление, а гашение шума выхлопных систем автомобилей и мотоциклов.
Смотрите наш новый англоязычный ролик «Helmholtz resonator», слушайте шум моря и не забывайте ставить лайки!
P.S. По этой ссылке можно найти русскоязычный выпуск «Резонатор Гельмгольца» на различных платформах.
[Поддержите нас]
BY GetAClass - физика и здравый смысл
Share with your friend now:
group-telegram.com/getaclass_channel/823