7. Механические колебания и волны. Звук

 ○114. Через неравномерное движение к равномерному.

Возвратно-поступательное движение поршня в двигателях внутреннего сгорания является неравномерным.

Автомобиль движется равномерно. Как объяснить этот парадокс?

 ○115. Когда камертон звучит сильнее?

Звук, издаваемый камертоном, весьма слаб: чтобы явственно расслышать его, надо поднести камертон к самому уху. Если же ножку камертона приложить к столу, то звук становится слышным по всей комнате.

Явление это как будто противоречит закону сохранения энергии: незначительная энергия колебаний ножек камертона оказывается достаточной для приведения в сильные колебания частиц стола, обладающего огромной массой по сравнению с массой самого камертона. Объясните парадокс?

 ○116. Был ли удар упругим?

С некоторой высоты на массивное стальное тело А, имеющее форму, изображенную на рисунке 66, падает упругий стальной цилиндрик В. Опыт проводят дважды: в первом случае цилиндрик В ударяет в невысокий стерженек С, во втором - в широкое основание тела А. Хотя массы соударяющихся тел в обоих случаях одинаковы, результат опыта различный. В первом случае цилиндрик В отскакивает вертикально вверх, во втором это явление не происходит. Как объяснить этот парадокс?

Рис. 66

 ○117. Нарушается ли закон сохранения механического импульса?

Когда колеблется струна, скорость ее все время меняется. Механический импульс (количество движения) струны вследствие этого тоже меняется. В моменты остановок струны он превращается в нуль, а в положении равновесия струны, когда скорости частиц ее наибольшие, механический импульс максимален. Как же согласовать это появление и исчезновение механического импульса с законом его сохранения?

 ●118. Почему не получилась октава?

Если привести в колебание натянутую струну АВ (рис. 67), то слышен определенный тон. Прикоснемся к середине струны в точке М птичьим перышком и приведем ее в звучание. Тогда слышен новый тон, на октаву выше первого. Поместим перышко на расстоянии ²/₃ длины струны в точку С и приведем в колебание участок струны СВ. Слышен определенный тон. Укоротим этот отрезок струны вдвое, поместив перышко в точку К, и заставим звучать отрезок струны KB (¹/₃ длины всей струны). Мы вправе ожидать удвоение частоты звука. Однако слышен прежний тон. В чем ошибка рассуждений?

Рис. 67

 ●119. Может ли органная труба разогреться до свечения?

Существование узлов смещения при образовании поперечных стоячих волн объясняется так: частицы струны, например, должны одновременно совершать колебания, обусловленные прямой и отраженной волной; в узлах два прямо противоположных колебательных движения, складываясь, взаимно уничтожаются.

Но механическая энергия этих колебательных движений на основании закона сохранения энергии не может исчезнуть бесследно, она должна перейти во внутреннюю энергию, подобно тому как это имеет место при столкновении двух движущихся тел.

Таким образом, энергия колебания струны или воздуха в органной трубе может служить непрерывным источником тепла и в узлах должна бы возникнуть, вообще говоря, очень высокая температура. Но этого не наблюдается. В чем ошибка рассуждений?

 ○120. Животные и ультразвук.

Чем выше частота звуковых колебаний, тем быстрее они затухают с расстоянием. Вопреки этому именно ультразвуковые волны являются главным средством общения и локации у ряда животных (летучих мышей, дельфинов, морских свинок). Объясните этот парадокс.