Шум




Поглощение звука и дырки впотолке - часть 11


Воздушная пробка, совершая такие колебания, сама станет источником звука и будет посылать в обратном направлении (то есть отражать) такую же звуковую волну. Так как колебания в бутылке происходят с той же частотой, что и в падающей звуковой волне, воздушная пробка начнет повторное движение точно в тот момент, когда подойдет следующая волна сгущения, то есть спустя полный цикл колебаний после первой волны. При колебаниях пробки ее энергия будет непрерывно превращаться из потенциальной в кинетическую и обратно. Эту энергию передают пробке и первое и последующие сгущения, так что сначала амплитуда колебаний пробки растет.

Если звук внезапно оборвать, колебания воздушной пробки спустя короткое время прекратятся. Отчего? Теоретически они, казалось бы, должны продолжаться вечно[14], но, как и во всех «вечных двигателях», движению препятствует трение, или уже знакомая нам сила вязкости. В трубе ближайший к стенкам слой воздуха прилипает к ним. Это явление связано с поверхностным натяжением стенок и воздуха. Если дуть вдоль трубы, воздух посередине трубы двинется вперед и при этом молекулы воздуха будут скользить по своим соседям, удерживаемым на стенках трубы. Сопротивление скольжению создает вязкое торможение и поглотит часть энергии, которая превратится в теплоту. Чем быстрее движение воздуха в трубе, тем больше вязкое торможение.

Горлышко бутылки можно рассматривать как короткий отрезок трубы, где действуют малые силы вязкости, оказывающие сопротивление движению воздушной пробки. Это воздействие сил вязкости и приводит к остановке воздушной пробки после прекращения подачи звука. Но это значит, что силы вязкости действовали и при наличии звука, то есть имел место непрерывный расход энергии, поэтому колебания и не усиливались до бесконечной амплитуды.

Когда частота звуковой волны и собственная частота колебаний воздуха в бутылке совпадают, то есть при резонансе, частицы воздушной пробки движутся вперед-назад гораздо быстрее, чем частицы воздуха в падающей звуковой волне, и расход энергии на преодоление вязкого торможения становится весьма значительным.


Содержание  Назад  Вперед