мени, когда вы услышали первое колебание, прошло всего 0,9 сек, так как сирена перестала гудеть, когда вы услышали ее первое колебание. Таким образом, все 100 колебаний вы воспри­няли за 0,9 сек, а частота услышанного вами

звука стала 100/0.9 гц, т. е. 111 гц. Повторив те

же рассуждения для удаляющегося поезда, мы найдем, что частота звука должна умень­шиться до 91 гц. Разница в частотах звука при приближении и при удалении поезда равна

2/9 от основной частоты — это почти два тона

У

музыкального ряда. Если бы скрипач взял на промчавшемся поезде ноту ре, то, пока поезд приближается, мы слышали бы ми, а когда поезд уже удаляется — до.

Изменение частоты звука вследствие эффекта Доплера можно подсчитать по формуле:

v=v₀/(1±u/w),

где u — скорость, с которой движется источник распространяющегося звука, w — скорость звука в воздухе (340 м/сек), v₀ — частота источника звука, v — слышимая частота. Знак «минус» в знаменателе относится к приближающемуся источнику звука, знак «плюс» — к удаляюще­муся. (Об эффекте Доплера см. также в ст. «Свет».)

А что будет, если источник звука летит на вас со скоростью звука или даже скорее, чем звук? Когда в небе проносится реактивный самолет, он обгоняет производимый им грохот. Сначала вы увидите летящий низко самолет, а затем уже, когда он скроется за горизонтом, до вас дойдет звук значительно более низкий, чем тот, который можно услышать на аэродроме при старте.

УДАРНАЯ ВОЛНА

Пока самолет летит медленнее звука, все происходит по формуле Доплера: он догоняет свой звук, частоты соответственно изменяются. Как только самолет достиг скорости звука, он начинает двигаться вместе со звуком. Но вот он увеличивает скорость, обгоняет звук. Все звуковые колебания воздуха должны оставаться сзади самолета, в конусе, угол которого тем меньше, чем скорость самолета больше скорости звука.

Но так происходило бы, если бы самолет воз­буждал только слабые возмущения в воздушной

среде, такие, как звук. Но самолет — источ­ник очень сильных возмущений. При полете со сверхзвуковой скоростью воздух перед летя­щим телом уплотняется, и в этом слое воздуха резко возрастают и давление и температура. Этот слой даже удается сфотографировать, на­столько в нем отличны и плотность и коэффи­циент преломления от обычного воздуха. Ско­рость звука в таком слое тоже меняется, она становится больше скорости самолета. Возни­кает так называемая ударная волна, она на­много обгоняет самолет. Распространяясь, удар­ная волна затихает, и ее скорость сравнивается с обычной звуковой; следовательно, она уже отстает от самолета.

Иногда в безоблачный день вы слышите будто удар грома. С удивлением ищете в небе грозовое облако, но, приглядевшись, видите вместо него серебристую точку... Это — ско­ростной самолет, а удар «грома» — остатки его ударной волны, давно уже превратившейся в звуковую. Если такой самолет пролетит на высоте в 20 м вдоль колонны автомобилей, идущих по шоссе, мощная ударная волна разобьет все автомашины и сбросит их остатки в кювет. (О том, как образуется ударная волна, рассказано в ст. «Крылатый полет».)

РЕЗОНАТОРЫ

Чтобы раскачать качели, надо их подталки­вать в такт с их движением. Если толкать как попало — не в такт, — сильно раскачать не удастся. То же самое происходит с любыми колебаниями, например со звуковыми волнами, с волнами на воде.

Неподалеку друг от друга поставлены два камертона, настроенные на одну и ту же часто­ту колебания. Если один из камертонов заста­вить звучать, его звуковая волна раскачает и другой камертон. Это явление называется ре­зонансом. Прекратив звучание первого камер­тона, вы можете услышать, что второй некоторое время продолжает звучать. Но камертон, настроенный на другую волну, не отзо­вется на звучание первого, не будет резо­нировать.

Резонанс широко используется в акустике. Дека рояля, корпус скрипки, раструб валторны, радиорупор — все это резонаторы. Звук одной только скрипичной струны не слышен будет в концертном зале, его во много раз усиливает резонатор — корпус скрипки. Как резонатор действует и сам концертный зал.

100