Физика на каждом шагу

Вот еще забавный опыт, доказывающий хорошую передачу звуков через кости черепа. Привяжите к середине бечевки столовую ложку так, чтобы бечевка имела два свободных конца. Концы эти прижмите пальцами к закрытым ушам и, подавшись корпусом вперед, чтобы ложка могла свободно раскачиваться, ударьте ею о что-нибудь твердое. Вы услышите низкий гул, словно возле самого вашего уха раздается колокольный звон.

Еще лучше удается опыт, если вместо ложки взять кочергу или тяжелые щипцы для углей.

Сила звука

Как ослабевает звук с расстоянием? Физик ответит вам, что звук ослабевает «обратно пропорционально квадрату расстояния». Это означает следующее: чтобы звук колокольчика на тройном расстоянии был слышен так же громко, как на одинарном, нужно одновременно звонить в 9 колокольчиков; на 4-кратном расстоянии – в 16 колокольчиков и т. д.

Теперь вы поймете, между прочим, почему легкий шепот соседа так сильно мешает нам слушать речь оратора на далекой эстраде или слова артиста на отдаленной сцене. Предположим, что оратор или артист находятся от вас в 15 м, а голова соседа – в 30 см от вашего уха. Голос оратора достигает до вас с расстояния в 1 500: 30, т. е. в 50 раз большего, чем шепот соседа. И значит, если даже шепот в 50 ? 50, т. е. в 2 500 раз слабее голоса оратора на равном расстоянии, для вас он будет не менее громок. Вот почему сосед своим «тихим» разговором всегда заглушает для вас голос, доходящий со сцены или эстрады.

По той же причине так важно, чтобы ученики в классе не разговаривали между собою и вообще соблюдали полную тишину во время объяснения учителя; разговаривающие мешают не столько учителю, сколько соседям, заглушая для них его слова.

Кто громче?

Если вы хорошо поняли закон ослабления звука, ответьте на вопрос:

Какая группа младенцев сильнее оглушает стоящего между ними человека: два младенца на расстояния 2 мот его уха или три младенца на расстоянии Зм?

Правильный ответ: сильнее оглушают два младенца. В самом деле: их крик на расстоянии 2 м ослабевает в 4 раза по сравнению с громкостью на расстоянии 1 м. Следовательно, до уха слушателя доносится звук в ²/₄, т. е. вдвое слабее, чем крик одного младенца на расстоянии 1 м. От группы же трех младенцев звук доходит ослабленным в 9 раз по сравнению с его силою на расстоянии 1 м; следовательно, сила звука с этой стороны составляет ³/₉, или одну треть силы крика одного младенца на расстоянии 1 м. Значит, крик двоих доносится громче крика троих

в полтора раза.

Эхо

Когда произведенный нами звук, отразившись от стены или другой преграды, возвращается и вновь достигает нашего уха, мы слышим эхо. Оно может быть отчетливо лишь тогда, если между возникновением звука и его возвращением проходит не слишком мало времени. Иначе отраженный звук сольется с первоначальным и усилит его, тогда звук «отдается», например, в больших пустых комнатах.

Вообразите, что вы стоите на открытом месте, а прямо перед вами, в 33 м, возвышается дом. Хлопните в ладоши: звук пробежит 83 м до дома, отразится от его стен и вернется обратно. Через сколько времени? Так как он прошел 33 м туда и столько же обратно, т. е. всего 66 м, то он вернется через 66: 330, т. е. через ¹/₅ секунды. Наш отрывистый звук был настолько короток, что успел прекратиться меньше чем в ¹/₅ секунды, т. е. прежде чем пришло эхо; оба звука не слились, они слышны были раздельно. Каждое односложное слово – «да», «нет» – мы произносим примерно в пятую долю секунды; поэтому односложное эхо мы слышим, уже находясь на расстоянии 33 м от преграды. Эхо же двусложного слова, при таком расстоянии, сливается с звуком слова, усиливая его и делая неясным; отдельно мы его не слышим.

На каком же расстоянии должна быть преграда, чтобы можно было отчетливо слышать двусложное эхо, например от слов «ура», «ого»? Произнесение таких слов длится ²/₅ секунды; за это время звук должен успеть пройти до преграды и обратно, т. е. двойное расстояние до преграды. Но в ²/₅ секунды звук проходит

Половина этого, 66 м, и есть наименьшее расстояние до преграды, могущей породить двусложное эхо.

Теперь вы уже сами рассчитаете, что для трехсложного эха требуется расстояние в сотню метров.

Глава шестая Свет и глаз

Страшная тень

– Хочешь увидеть нечто необычайное? – как-то вечером обратился ко мне в детстве старший брат. – Пойдем со мной в соседнюю комнату.

Комната была темная. Брат взял свечу, и мы пошли. Отважно шагал я впереди, смело открыл дверь и храбро вступил первым в комнату. Но тут я застыл; со стены глядело какое-то нелепое чудовище. Плоское, как тень, оно пялило на меня свои глаза.

Признаюсь, я изрядно струсил. И, наверное, кинулся бы бежать, если бы сзади не раздался смех брата.

Оглянувшись, я понял, в чем дело: висевшее на стене зеркало было сплошь закрыто бумажным листом с вырезанными в нем глазами, носом и ртом; брат направлял на него свет свечи так, чтобы отражение этих участков зеркала попадало как раз на мою тень.

Вышел немалый конфуз: я испугался собственной тени! Когда потом я пробовал сыграть ту же шутку с товарищами, я убедился, что расположить зеркало нужным образом не так-то просто. Немало пришлось упражняться, прежде чем я овладел этим искусством. Лучи света отражаются от зеркала по определенным правилам, а именно так, что угол, под каким они встречают зеркало, равен тому углу, под каким они от него отражаются. Когда я узнал это правило, мне уже легко было сообразить, как надо поместить свечу относительно зеркала, чтобы светлые пятна упали как раз в требуемые места тени.

Как измерить силу света?

На двойном расстоянии свеча светит, разумеется, слабее. Но во сколько раз? В два? Нет, не в два: если вы поставите на двойном расстоянии две свечи, они не дадут прежнего освещения. Чтобы получить такое освещение, надо на двойном расстоянии поставить не две, а дважды две – четыре свечи. На тройном расстоянии придется поставить не три, а трижды три, т. е. девять свечей, и т. д. Это показывает, что на двойном расстоянии сила освещения ослабевает в 4 (2 ? 2, или 2²) раза, на тройном – в 9 (3 ? 3, или З²) раз, на четвертном – в 4 ? 4 (или 4²), т. е. в 16 раз, на 5- кратном – в 5 ? 5 (или 5²), т. е. в 25 раз, и т. д. Таков закон ослабления света с расстоянием. Мы уже знаем, что таков же и закон ослабления звука: звуки ослабевают на 6-кратном расстоянии не в 6, а в 36 раз.

Зная этот закон, мы можем воспользоваться им, чтобы сравнить между собою яркость двух ламп, вообще двух источников света различной силы. Вы желаете, например, узнать, во сколько раз ваша керосиновая лампа светит сильнее простой свечки; другими словами, хотите определить, сколькими обыкновенными свечами нужно было бы эту лампу заменить, чтобы получить такое же освещение.

Рис. 85. Первый способ измерить силу света

Для этого вы располагаете лампу и зажженную свечу на одном конце стола, а на другом ставите отвесно (зажав, например, между страницами книги) лист белого картона. Недалеко от него, впереди, устанавливаете, также отвесно, какую-нибудь палочку, например карандаш. Он отбрасывает на картон две тени: одну – от лампы, другую – от свечи. Густота этих теней, вообще говоря, различна, потому что обе освещены: одна – яркой лампой, другая – тусклой свечой. Приближая свечу, вы можете достигнуть того, что обе тени сравняются в густоте. Это будет означать, что сейчас сила освещения лампы как раз равна силе освещения свечи. Однако лампа находится дальше от освещаемого ею картона, нежели свеча; измерьте, во сколько раз она дальше, и вы сможете определить, во сколько раз лампа ярче свечи. Если, например, лампа в 3 раза дальше от картона, чем свеча, то яркость ее в 3 ? 3 (или З²), т. е. в 9 раз больше яркости свечи. Почему так – легко понять, если вспомнить закон ослабления света.

Рис. 86. Второй способ измерить силу света

Другой способ сравнить силу света двух источников состоит в том, что пользуются