7.3.4. Как плотность воздуха сказывается на звукопередаче

 

Как-то в XIX веке на склоне горы установили две пушки: одну - внизу, хотя и не у самого подножия горы, а другую - высоко, поближе к вершине. Пушки зарядили одинаковым количеством пороха, и напротив каждой из них на склоне другой горы через ущелье выставили по наблюдателю - одного высоко, а другого ниже (рис. 39). Пушку, находящуюся ниже, не поставили на самом дне ущелья, чтобы у нее не было необоснованного преимущества в плане усиления звука за счет того,,что он отражается от дна ушелья. При проведении выстрелов вспышки и дым были хорошо видны изо всех удаленных друг от друга пунктов наблюдения, а поскольку расстояние до них было известно, предполагалось, что звук до них дойдет по истечении соответствующих интервалов времени.

Первым был произведен выстрел из нижней пушки. Слушатели в позициях А, В и Э ожидали прибытия звука, и тот, как и предполагалось, дошел до каждой позиции в соответствующий момент времени. В каждом случае наблюдатели, услышав звук, сигнализировали флажками о его прибытии. Интенсивность звука в каждом пункте описывалась настолько точно, насколько это было возможно в то время, когда еще не были изобретены приборы для измерения уровня звука. Громкий звук услышал наблюдатель, находившийся внизу на противоположной стороне ущелья. Два наблюдателя, расположившиеся сверху на противоположных сторонах ущелья в позициях А и В, слышали отчетливый звук (см. рис. 39). Когда выстрелила верхняя пушка из позиции А, вспышку и дым опять-таки отчетливо видели наблюдатели, находившиеся в отдалении от нее, на этот раз в позициях В, С и Э. По истечении предполагавшегося отрезка времени наблюдатель в позиции В просигнализировал о том, что он отчетливо услышал звук. Но вот прошло более чем достаточно времени, за которое, как ожидалось, звук должен был бы уже дойти до позиций С и Э, однако сигналов не последовало, потому что никакого звука наблюдатели, находившиеся там, не услышали.

Из этого сделали вывод, что отношение плотности воздуха в том месте, где произведен звук, к плотности воздуха в том месте, где он услышан, и есть тот фактор, который определяет, с какой силой распространяется звук. Выстрел в условиях очень плотного воздуха внизу ущелья смог легко вызвать распространение звука не только к пункту Б, где плотность воздуха была такой же, но и к пунктам наблюдения в точках А и В, расположенным выше, воздух в которых имеет меньшую плотность. Что же касается верхней пушки, то хотя выстрел из нее был хорошо слышен в позиции В, которая находилась в таком же разреженном воздухе, но он решительно не смог пробиться сквозь более плотный воздух к расположенным внизу пунктам наблюдения С и О. И это несмотря на то, что позиция С находилась к позиции А ближе, чем позиция В, в которой звук был отчетливо слышен. По сравнению с более плотным воздухом внизу ущелья, разреженный воздух ближе к вершине горы создавал взрыву пороха, вылетевшему из жерла орудия, меньше сопротивления, от которого тот мог оттолкнуться. А если у взрыва меньше воздуха, от которого он может оттолкнуться, то при взрыве выполняется и меньшее количество работы. А если работы выполняется меньше, значит и звука генерируется меньше. Давление воздуха снижается почти на 1 миллибар через каждые 8 м подъема над уровнем моря, а соответственно уменьшается и его плотность. Кстати, при 2000-метровой разности уровней, на которых стоят пушки на рис. 39, давление воздуха в верхних позициях А и В составляет менее 75 % от того, которое наблюдается в нижних позициях С и О.

Рис. 39. Эксперимент с пушками. Два одинаковых орудия установлены в позициях А и С и заряжены одинаковым количеством пороха. При выстреле из пушки С наблюдатели в позициях А, В и О почти сразу же видят вспышку. Спустя какое-то время, соответствующее локальной скорости звука в воздухе и расстоянию до позиции С, три наблюдателя слышат выстрел из орудия. При выстреле из пушки А вспышку видят все три наблюдателя. После того, как прошло соответствующее время, наблюдатель в позиции В слышит звук выстрела, тогда как наблюдатели в позициях С и О, находящиеся в более плотном воздухе, могут его так и не услышать, несмотря на то что находятся к позиции А ближе, чем наблюдатель В

Рейтинг@Mail.ru Rambler's Top100 Яндекс цитирования Яндекс.Метрика