Джирл Уокер - Новый физический фейерверк
- Название:Новый физический фейерверк
- Автор:
- Жанр:
- Издательство:Манн, Иванов и Фербер
- Год:2019
- Город:Москва
- ISBN:9785001461852
- Рейтинг:
- Избранное:Добавить в избранное
-
Отзывы:
-
Ваша оценка:
Джирл Уокер - Новый физический фейерверк краткое содержание
Новый физический фейерверк - читать онлайн бесплатно ознакомительный отрывок
Интервал:
Закладка:
3.16. Щелчки китов
Кашалот (самый крупный из зубатых китов) издает звуки в виде серий щелчков. В действительности кит щелкает только один раз, причем этот звук производится в передней части головы, порождая всю серию. Откуда же берутся остальные щелчки? Как ученые определяют длину кита по этой последовательности щелчков?
ОТВЕТ •Часть звуковой волны, возбужденной в передней части головы кита, излучается в воду и становится первым зарегистрированным щелчком в последовательности. Оставшаяся часть звуковой волны отправляется назад через спермацетовый мешок (называемый еще жировой подушкой) в голове кита, отражается от фронтального мешка (воздушной полости) в задней части головы и опять идет вперед через спермацетовый мешок. Когда звук достигает дистального мешка (еще одной воздушной полости) в передней части головы, часть звуковой волны снова уходит в воду и формирует второй щелчок, а остальной звук идет обратно через спермацетовый мешок. Этот цикл повторяется несколько раз, в результате возникает целая серия щелчков. Временной интервал между двумя последовательными щелчками пропорционален расстоянию между фронтальным и дистальным воздушными мешками, а длина кита пропорциональна этому расстоянию. Таким образом, измерение этого временн о го интервала помогает ученым определить длину кита.
3.17. Отраженный тон
Попробуйте пригнуться и опустить голову в тот момент, когда самолет пролетает над вами достаточно низко, чтобы его можно было услышать. Почему, когда вы опускаете голову, частота звука от летящего самолета повышается?
ОТВЕТ •Звук, который вы слышите, складывается из звука, идущего от самолета, и звука, который отражается от земли и приходит снизу. Эти две звуковые волны интерферируют, и вы в первую очередь слышите волны, которые усиливают друг друга, а не ослабляют. Высота от поверхности земли, на которой возникает усиление волн при их сложении, зависит от длины волны — более длинные волны усиливаются на большей высоте. Когда вы опускаете голову, высота уменьшается, и на этой высоте при интерференции усиливаются более короткие волны (с большей частотой). Так что когда вы наклоняетесь, вы слышите звук большей частоты.
Похожий эффект можно наблюдать, если вы находитесь вблизи водопада и идете от него к вертикальной скале, которая отражает звук падающей воды. Отраженный от скалы звук водопада интерферирует со звуком, идущим к вам прямо от водопада. По мере того как вы приближаетесь к скале, частота звука, который вы слышите, возрастает.
3.18. Звуки, распространяющиеся на большие расстояния
Мой дом расположен в холмистом пригороде Кливленда, который носит название Кливлендские высоты. Они возвышаются над равнинной местностью, раскинувшейся вокруг озера Эри, по ней у подножья Кливлендских высот проходит железная дорога. Я заведомо не вижу поездов не только потому, что железная дорога далеко, но еще и потому, что ее закрывают и горный хребет, отделяющий наш район от равнины, и тысячи деревьев и домов. Тогда почему иногда по ночам в моем доме так хорошо слышен шум поездов?
Иногда грохот повторяющихся взрывов, например артиллерийскую стрельбу, можно слышать лишь в некоторых зонах вокруг места взрывов. Если вы будете удаляться от этого места, в первой (центральной) зоне громкость звука будет падать, во второй звук исчезнет, но в третьей зоне звук опять появится. Почему возникают такие зоны?
Когда в 1980 году в штате Вашингтон произошло извержение вулкана Сент-Хеленс, при этом выделилась энергия, эквивалентная нескольким мегатоннам в тротиловом эквиваленте. Почему взрыв не был слышен ближе ста километров от места извержения?
Во время Первой мировой войны близ Мессин, к югу от бельгийского города Ипр, британские солдаты целый год копали тоннели под линией немецких укреплений на глубине 30 м. Когда 21 тоннель был готов, в них заложили около 45 т взрывчатых веществ и в полночь 7 июня 1917 года взорвали 19 из 21 закладок (две не сработали), что было на тот момент самым мощным рукотворным взрывом. Взрыв услышали в Лондоне и даже в Дублине, то есть за сотни километров от взрыва. Как мог звук от взрыва распространиться на такое расстояние? (Одна из двух невзорвавшихся закладок неожиданно сработала во время грозы в 1955 году, к счастью, убив лишь одну корову. Оставшаяся закладка, местоположение которой известно приблизительно, еще может взорваться, и для местных жителей это источник постоянной тревоги.)
ОТВЕТ •Распространяющаяся под углом к вертикали звуковая волна изменяет направление своего распространения, если по дороге меняется температура воздуха. Говорят, что звуковая волна подвергается рефракции . Если температура уменьшается, волна будет распространяться под меньшим углом к вертикали. Если температура повышается — угол по отношению к вертикали увеличится, волна даже может развернуться и направиться обратно к земле. Я отчетливо слышу шум проходящего вдали поезда в те ночи, когда слои воздуха высоко над железной дорогой нагреты больше, чем воздух в низине. Такое явление называется инверсией . В такую ночь некоторые звуковые волны, испускаемые поездом, отражаются от нагретых слоев и направляются вниз к Кливлендским высотам, и тогда все местные жители отлично слышат их (рис. 3.2).

Рис. 3.2 / Задача 3.18.При инверсии, то есть при увеличении температуры с высотой, траектории звуковых волн искривляются и направляются вниз к земле.
В старину этот эффект — распространение звуковой волны на большие расстояния при инверсии — был хорошо известен. Например, зулусы знали, что они смогут переговариваться, находясь на разных берегах долины шириной до 2 км, если дождутся вечера, когда воздух в низине станет более холодным, чем наверху.
Когда звуковые волны от места взрыва распространяются по воздуху вверх на большие расстояния, они могут направиться обратно к земле из-за повышенной температуры в нижних слоях стратосферы [51](ниже стратопаузы, находящейся на высоте 42 км) и в нижних слоях термосферы (выше мезопаузы, располагающейся на высоте 85 км). Звуковая волна тогда может вернуться на землю поразительно далеко от источника звука — гораздо дальше, чем если бы она распространялась вдоль поверхности земли, где ей мешают деревья, дома и другие препятствия. Таким образом, звук можно услышать в более удаленных зонах, чем первая (центральная). Если этот вернувшийся на землю звук отразится от земли, он может испытать еще одно отражение наверху и вернуться на землю в другой, еще более отдаленной зоне.
Читать дальшеИнтервал:
Закладка: