Вверх
Поющие трубы. Научные игрушки
"Что кажется нам чудом, на самом деле таковым не является!" - Симон Стевин
Но, что будет, если кота Шрёдингера засунуть в бутылку Клейна и обмотать всё лентой Мёбиуса?

Занимательные фишки - 7 класс

Занимательные фишки - 8 класс

Занимательные фишки - 9 класс

Конспекты, учебники, видео - 10-11 класс

Презентации и диафильмы по физике
Касс!ная физика на Youtube

Викторины

Презентации по физике

Ребусы и  кроссворды

Поющие трубы. Научные игрушки

01.2015

Труба трубит, зовет в поход? Не всегда! Иногда "зовет" погреться.
А кто сомневается, что все трубки и трубочки могут петь?
Трубки издавна использовались как основа для музыкальных инструментов, это и простая дудочка, и флейта, и гобой, и органные трубы. Если подуть в полую трубку, то в ней начинает колебаться воздух, и образуются стоячие волны. Высота издаваемого трубкой звука будет зависеть от размеров трубки, а правильнее - от объема воздуха, заключенного в трубке.

Любой пустотелый сосуд, наполненный упругим по своим свойствам воздухом и сообщающийся с атмосферой с помощью отверстий, становится акустическим резонатором и способен издавать звуки.

Однако звучащие трубы – это не только трубки привычных нам музыкальных инструментов, но и гудящие печные и каминные трубы, в которых возникают термоакустические колебания и появляется звук.
Во всех случаях звук в трубе создается проходящим через нее столбом воздуха, который начинает колебаться и звучать.


Поющее пламя Хиггенса

Первые в истории записи о звуках, порождаемых теплом, были сделаны Хиггинсом в 1777 году.



Хиггинс поместил в вертикально расположенную, открытую с двух сторон метровую трубу (диаметр 30–50 мм) водородное пламя. В результате конвекционного потока нагретого воздуха в трубе возникала стоячая звуковая волна с частотой, близкой к наименьшей собственной частоте колебаний воздуха в трубе.

Самый сильный звук получался, когда пламя располагалось в средней части трубы–резонатора.
Многие естествоиспытатели того времени демонстрировали любопытной публике опыты Хиггенса. Это устройство дошло до нас под названием «поющее пламя Хиггинса».


Поющая труба Рийке

В 1859 г. ученый П. Рийке впервые описал возникновение звука в трубе с установленной внутри трубы металлической сеткой при подводе к ней тепла. В своих опытах Рийке заменил водородное пламя Хиггинса на нагреваемую проволочную сетку. Он вставил в вертикальную трубу длиной около метра сетку, которая располагалась на расстоянии 20 см от нижнего конца трубы.
И труба Рийке «запела»!

Наиболее интенсивное звучание наблюдалось, когда нагретая сетка была расположена на расстоянии четверти длины трубы от нижнего конца. Если сетку сдвигать к верхней части трубки, то колебания ослабевали и гасли.

Как утверждал Рийке, колебания возникают потому, что проходящий сквозь трубу воздушный поток расширяется вблизи нагревателя и сжимается дальше за сеткой из-за охлаждения на стенках трубы.
Так появилась и вошла в историю «поющая» труба Рийке.


Как же «поет» труба Рийке?

Труба Рийке – это термоакустический резонатор, в котором тепло преобразуется в звук.
Она позволяет получать акустические волны большой амплитуды и заданной частоты.
Если прогреть сетку с помощью огня или электрическим током, то теплый, а потому легкий, воздух от этой сетки будет подниматься вверх по трубе, а холодный воздух начнет поступать извне в нижнюю часть трубы. В трубе возникнет тяга, и труба начнет звучать.

Если звучащую трубу разворачивали горизонтально, то звучание прекращалось. Если ее вновь ставили вертикально – звук появлялся вновь. Когда сетка начинала остывать, тяга в трубе уменьшалась, и громкость звука ослабевала. Ну, а чтобы «выключить» звук, надо было просто закрыть верхнее отверстие трубы.

Хотя если гнать поток воздуха через трубку, например, с помощью насоса, то трубка будет издавать звук и в горизонтальном положении. Совершенно безразлично, каким образом создается поток воздуха в трубе – будет это естественная конвекция или нагнетаемый поток.
Также безразлично, каким способом нагревать сетку в трубке. Это можно делать с помощью огня или нагревать сетку, пропуская по ней электрический ток.

Еще позднее было обнаружено интересное явление. Если сетку установить в верхней части трубки, и эту сетку охлаждать, а через трубку пропускать горячий воздух, то также возникает звук. Значит, для получения звука нужен просто перепад температур.
Физические опыты Рийке привели к появлению нового музыкального инструмента – огневого органа или иначе пирофона.
После работ Рийке опыты с трубками были продолжены.

Поющая труба Зондхаусса

Когда-то стеклодувы заметили, как при выдувании стекла трубка стеклодува вдруг начинает звучать! При прохождении воздуха через трубку стеклодува на другом ее конце, который находится в печи, из стеклянной массы образуется полый шар. При определенных размерах трубки и шара в трубке возникает звук. Высота звука зависит от длины трубки.

Это явление было впервые описано в 1850 году немецким физиком Карлом Зондхаусом.
Зондхаусс изучал тепловую генерацию звука, наблюдаемую в стеклодувках. Было обнаружено, что пламя, подводимое к стеклянной колбе, заставляет воздух внутри колебаться и издавать чистый звук, характеристики которого зависят от размеров стеклянного шара и трубки. Более длинные трубки и большие емкости дают более низкие частоты. Повышение температуры пламени вызывает увеличение силы звука.

Звук в трубах можно получить и при отсутствии потока воздуха. Для этого в горизонтально расположенную трубу, один конец которой закрыт, а другой открыт (или закрытую на обоих концах) необходимо поместить нагреватель и близко расположенный к нему охладитель. При некоторой разнице температур в такой трубе возникает звук. При некоторой разнице температур происходит генерация звука. Этот эффект был также обнаружен Зондхауссом.

Объяснение процесса получения звуковых колебаний при подводе тепла, в том числе физику работы трубок Рийке и Зондхаусса, дал в 1887 году физик Рэлей. Принцип Релея описывает термоакустический эффект, т.е. преобразование тепловой энергии в энергию звука.





По следам "английских ученых"

  • Можно ли вскипятить воду звуком?

    Если у вас в доме вдруг пропало электричество, не работает электрический чайник, плита, и кончились спички, но зато вопреки всему во всю силу гремит музыка, давайте зададимся вопросом: можно ли вскипятить воду, используя звук? Насколько это реально?


Устали? - Отдохнем!

Новости


Азбука физики
Азбука физики
Викторины
Викторины

Научные игрушки
Научные игрушки
Загадки прошлого
Викторины
Простые опыты
Простые опыты
Парадоксы
Парадоксы
Это интересно
Интересная физика
История техники
История техники
Физика детям
Физика для детей
Библиотека
Библиотека
Знаете ли вы
Знаете ли вы
История физики
История физики
Любознательным
Любознательным
Мысли вслух
Мысли вслух
Этюды об ученых
Ученые-физики
Задачи Г. Остера
Задачи Григория Остера
Умные книжки
Умные книжки по физике
Книги по физике
Книги по физике - повышение IQ
Есть вопросик
Ответы на попросы по физике
Его величество
Все о человеке
Музеи науки
Научные музеи
Достижения
Новости науки и техники

Контакты



Выпускникам

Как сдавать экзамены?
Тактика тестирования
Знаешь ли ты себя?
На урок

Класс!ная физика для любознательных

Презентации и диафильмы по физике

My-shop.ru - Интернет-магазин товаров для образования



Интернет-магазин Лабиринт