Мы способны слышать звуки – но можем ли мы их видеть? Наука говорит «да»! Вот несколько интересных экспериментов, которые позволяют увидеть распространение воздушной волны и ее неповторимый «рисунок».
Труба Рубенса
Труба Рубенса иллюстрирует стоячую волну, которая формируется при использовании постоянной частоты. Она представляет собой отрезок трубы с перфорацией. С одного конца к трубе подсоединяется источник горючего газа, с другого – динамик. В статичном положении газ в трубе горит ровно, и высота пламени во всех отверстиях одинакова. Но при включении динамика проходящая по трубе звуковая волна вызывает перепады давления. Там, где давление повышено, наружу просачивается больше газа, и высота пламени, соответственно, будет больше.
Свое название изобретение получило в честь Генриха Рубенса, который создал первую трубу: ее длина равнялась 4 м, и в ней присутствовало 200 отверстий с шагом 2 см. Хотя впервые взаимодействием звуковой волны и газа заинтересовался еще Джон Ле Конт в 1858 году. Идея менять направление пламени, используя звук, принадлежит Рудольфу Кёнигу (1862 г.), а применять небольшой огонь как индикатор давления предложили только в XX веке. Рубенс просто объединил эти исследования и довел их до логического финала.
Для тех, кто предпочитает видео-формат вот фрагмент видео из передачи «Галилео» с подробным описанием эксперимента:
Песчаные фигуры Хладни
Эрнст Хладни в XVIII наше свой способ «рисовать» звуком. Он использовал металлическую пластину с насыпанным на нее песком. Водя по краю этой пластины смычком, он заставлял металл колебаться. В результате песок на поверхности складывался в разнообразные узоры.
Это еще одна иллюстрация стоячей волны, которая никуда не движется и находится в одном положении. Она состоит из пучностей, то есть участков, где амплитуда колебаний достигает максимума, и узлов – неподвижных участков. При эксперименте Хладни песок ссыпается с пучностей и скапливается в узлах. Полученные таким образом «рисунки» неповторимы, так как зависят от формы и размера пластины, а также частоты вибраций.
Если использовать разноцветный песок или его аналоги, можно создавать целые абстрактные полотна!
Схожим образом демонстрируют движение звуковой волны песок и пенопласт в стеклянной трубе:
Провести такой эксперимент можно и дома. Положите беспроводную колонку в миску и накройте посуду вощеной бумагой, закрепленной резинкой. Насыпьте сверху соль или сахар. Включив колонку, можно увидеть узоры, которые проявятся на бумаге – ваш собственный рисунок Хладни.
