57. Дорожные ритмы

А Вы стоите у железнодорожного полотна и слушаете ритмичный перестук колес проходящего поезда. Ваш товарищ едет в этом поезде и тоже слушает этот перестук. Одинаковы ли оба темпа наблюдаемых перестуков (числа ударов в единицу времени) или один из них быстрее другого? Одинаковы ли оба ритма (равномерные, прерывистые)?

Б Могу побиться об заклад, что многие читатели уже смекнули: тут замешан эффект Доплера. Более того, самый дотошный читатель вспомнил даже об эффекте Эйнштейна (замедление хода времени в движущемся объекте). Не будем останавливаться на этих явлениях, важных в других случаях, но не имеющих существенного значения для нашей задачи. Все гораздо проще. Эффект, который вы должны обнаружить, намного весомее: наблюдаемые вами и вашим товарищем темпы перестука могут различаться вдвое-втрое, а не на какие-то там доли процента.

Напомним, что ритмичный .перестук (на фоне более или менее равномерного шума) возникает из-за периодического набегания колес вагонов на периодически расположенные вдоль пути стыки рельсов (этим создается главный, наиболее отчетливый ритм). Кстати сказать, отсюда следует любопытный факт: источник звука движется... и не движется, поскольку звук происходит от удара движущегося (поступательно) колеса о неподвижный рельс (для вагонного наблюдателя - от удара "неподвижного" колеса о "движущийся" рельс). Как здесь проявится эффект Доплера, стоило бы разобраться, но это уж как-нибудь в другой раз...

B Вы слушаете удары колес, поочередно набегающих на ближайший к вам стык; ваш приятель слушает удары стыков, поочередно "набегающих" на ближайшее к нему колесо. Период t₁ между двумя наблюдаемыми с земли импульсами звука равен расстоянию от колеса до колеса l₁ деленному на скорость поезда (рис. 74, а). Период t₂ наблюдаемый из поезда, равен длине рельса l₂, деленной на ту же скорость. В общем случае l₁ ≠ l₂ Обычно l₂ > l₁ поэтому темп, поезда для стоящего у полотна будет быстрым (allegro - на языке музыкантов), для едущего в вагоне - более умеренным (moderate).

Рис. 74

Теперь о ритмах. Расстояние l₁ между колесами, принадлежащими одному вагону, не равно расстоянию l₃ между колесами, относящимися к разным вагонам; поэтому наземный наблюдатель будет слышать неравномерный сбивчивый ритм. Вагонный наблюдатель услышит равномерный ритм: длины рельсов, следующих друг за Другом, как правило, одинаковы. Впрочем, в тамбуре и на переходе из вагона в вагон ритм будет тоже сбивчивым, так как там будут слышны удары о стык колес обоих вагонов...

На рис. 74, б показана ориентировочно мощность звука как функция времени для наземного наблюдателя, стоящего у стыка N. Он слышит громкие удары колес А, В, С, D, Е о стык N в моменты A_N, B_N, C_N, D_N, E_N, разнесенные на интервалы t₁ и t₃, пропорциональные отрезкам l₁ и l₃.

На рис. 74, в показана мощность звука для вагонного наблюдателя, стоящего у колеса С. Он слышит удары стыков N, М о колесо С в моменты N_c, M_c, разнесенные на интервал t₂ пропорциональный длине рельса l₂.

Разумеется, наземный наблюдатель слышит стук колес не только о стык N, у которого он стоит, но и о другие стыки. Удары о стык М показаны на рис. 74, б (А_М, В_м). Эти удары запаздывают по отношению к ударам A_N, B_N на время t₂ (плюс еще время распространения звука в воздухе). Слышны они слабо: если наблюдатель находится в двух метрах от полотна (напротив стыка), а длина рельса 20 м, то удары о соседние стыки будут слышны примерно в 100 раз слабее (правда, если звук от стыка М идет к вам не только по воздуху, но и по рельсу, то. ослабление будет не таким сильным). Естественно, если наблюдатель находится на полпути между стыками, то звуковые импульсы A_N и А_М, B_N и В_М будут одинаковыми (правда, это еще зависит от того, одинаковы ли оба стыка и одинаковы ли свойства колеса по его окружности). Тогда ритм и темп для наземного наблюдателя станут еще более запутанными.

Все это можно повторить и по отношению к вагонному наблюдателю. В частности, если вас не устраивает слышимый вами ритм, вы можете передвинуться вдоль вагона и услышать другой, более удачно аккомпанирующий вашей дорожной песне. Любители песни зна-. ют, что среди огромного числа уже написанных дорожных, попутных, путевых (и непутевых) песен, широко использующих подражание стуку колес поезда, нет двух песен с одинаковым ритмом. И тем не менее все эти имитации оказываются правдоподобными - настолько разнообразны натуральные дорожные ритмы.

Интересно, что если вы стоите не у самого полотна, а на расстояния, соизмеримом с длиной поезда, то ритм поезда будет совершенно иным: вы будете слышать почти одинаково тромко удары всех колес о все стыки.

Если вы хотите насладиться всем разнообразием ритмов поезда, то вам надо поспешить с наблюдениями: на железных дорогах начали устранять стыкц рельсов. Рельсы свариваются в 800-метровые плети, укладываются на железобетонные шпалы - и путь становится "бархатным". Романтический перестук колес уходит в сиреневую даль прошлого.