Физика в играх

Возьмите тонкую медную трубку и один конец ее запаяйте. Сбоку трубки просверлите четыре отверстия на таком же расстоянии одно от другого, на каком находятся круги с дырочками на сирене. К этим четырем отверстиям припаяйте по маленькому отростку трубки. Когда на открытый конец этой металлической трубки вы наденете резиновую трубку и будете дуть сквозь четыре тоненьких отростка на вращающийся круг сирены, держа трубку так, чтобы воздух из тоненьких трубочек попадал сразу на все круги с дырочками, вы услышите правильные аккорды, высокие или низкие, в зависимости от скорости вращения волчка.

Рис. 42

Тот, кто знаком с музыкой, может с помощью волчка наблюдать очень интересные явления. Можно сделать, например, не четыре ряда дырочек, а восемь — получится чудесная гамма. Для этого на восьми окружностях надо расположить дырочки в таком порядке: первый ряд — 24, второй — 27, третий — 30, четвертый — 32, пятый — 36, шестой — 40, седьмой — 45 и восьмой — 48 дырочек. Гамма состоит из семи тонов, числа колебаний которых в одну секунду относятся как ряд этих чисел. Это показано в следующей табличке, в которой имеются и общеизвестные названия тонов в гамме:

Изготовленный волчок позже пригодится нам еще для оптических опытов.

Звучание струн. Всякое быстро колеблющееся тело издает звук. Вы знаете, что колеблющиеся натянутые струны издают музыкальный тон.

Возьмите натянутую струну посредине пальцами, оттяните ее чуть-чуть в сторону и отпустите. Упругая струна быстро вернется в свое прежнее положение, но по инерции перейдет через него дальше, затем снова отклонится в ту сторону, куда вы ее раньше оттянули, и будет колебаться так некоторое время, все с меньшим и меньшим размахом, пока, наконец, не успокоится.

Колебания струны вызвали толчки воздуха, следующие очень быстро один задругам. Эти толчки сливаются в нашем ухе в один звук, но такой звук струны очень слаб, и, чтобы усилить его, струны натягивают на тонкостенные деревянные ящики. Дерево хорошо воспринимает все колебания и передает их воздуху уже большей поверхностью. Поэтому все струнные инструменты — скрипка, рояль, балалайка, арфа — делаются из дерева. Оно обладает замечательной способностью одинаково хорошо воспринимать колебания почти всех звуков, в то время как металл приводится в колебание главным образом только тем тоном, который сам издает при ударе.

У кого дома есть рояль или пианино, тот легко может убедиться в этом. Деревянный корпус рояля удивительно усиливает все тона; каждый тон передается наружному воздуху одинаково громко и ясно. Откройте крышку рояля, нажмите правую педаль и возьмите голосом какую-нибудь ноту. Вы услышите, что рояль повторит взятый вами тон. При нажиме правой педали все струны освобождаются от суконных клапанов и могут свободно колебаться, но в ответ на ваш голос заколебалась только струна того тона, который вы взяли. Все остальные не отозвались.

Посмотрим теперь, как колеблется струна и какие звуки она издает в разных случаях. Не надо быть скрипачом, чтобы знать, что чем сильнее натянешь струну скрипки на колок, тем выше будет издаваемый ею звук. Но высокий или низкий тон струны зависит не только от того, насколько сильно она натянута. На тон влияют вес струны и ее длина.

Тяжелые басовые струны, обмотанные проволокой, не могут дать такого большого числа колебаний в секунду, как так же натянутые и той же длины легкие. Значит, число колебаний струны зависит и от ее веса на единицу длины. Чем больше вес струны, тем меньшее число колебаний в секунду она дает. Математики говорят, что число колебаний струны обратно пропорционально ее весу.

Если вдвое укоротить струну, колебания ее будут вдвое чаще, а потому и звук будет выше, и притом, как говорят, на октаву выше. Вообще при данном натяжении число колебаний данной струны в одну секунду обратно пропорционально ее длине.

Гармоника из деревянных палочек. Для того чтобы струна издала звук, ее не только можно бить, дергать или пилить поперек смычком. Ее можно тереть вдоль тряпкой, посыпанной канифолью. Но в этом случае колебания будут не поперечными, а продольными, они будут идти не в стороны, а струна будет попеременно то сокращаться, то удлиняться.

Мы можем устроить основанный на этом музыкальный инструмент, показанный на рис. 43. В деревянный ящик длиной 50 сантиметров и высотой 15 сантиметров вделайте на равном расстоянии одну от другой 8 деревянных очень гладких палочек толщиной 1 сантиметр. Палочки должны быть вделаны точно перпендикулярно к крышке ящика. Лучше всего сделать ящик и палочки из пихты, но очень хорошие результаты получатся, если сделать гармонику из еловых досок.