Какие есть демонстрационные опыты, связанные со звуком?

Вопрос: Какие интересные демонстрационные опыты, связанные со звуком, можно поставить, используя приборы, находящиеся в кабинете физики (в этом кабинете не так много приборов) или приборы которые я могу смастерить сам в домашних условиях за небольшой промежуток времени(1-2 дня). Так же, если можно, пришлите список подходящей литературы.

Ответ: Вероятно, при изучении темы "звуковые волны" (и, вообще, волны) было бы полезно проделать следующие демонстрации:

1.

Волны в натянутой струне: для демонстрации лучше всего взять резиновую ленту метра 3-4 длинной, один конец привязать -- другой взять в руку. С помощью этого простого "инструмента" можно показать бегущую и стоячую волны. Несмотря на свою простоту демонстрация может быть довольно интересной.

2.

В своей лекции "О корабельных волнах" лорд Кельвин рассказывал: "...одно открытие фактически сделано лошадью, ежедневно тащившей лодку по канату между Глазго и Ардроссаном. Однажды лошадь понеслась, и возница, будучи наблюдательным человеком, заметил, что, когда лошадь достигла определенной скорости, тянуть лодку стало явно легче и позади нее не осталось волнового следа".

Объяснение этого явления заключается в том, что скорость лодки и скорость волны, которую возбуждает лодка в реке, совпали. Если бы лошадь побежала еще быстрее (скорость лодки стала бы больше скорости волны), то за лодкой возникнет ударная волна. Ударная волна от сверхзвукового самолета возникает точно так же.

Для демонстрации можно взять обычную ванночку с водой, а вместо лодки использовать свой палец. Можно показать механизм возникновения ударной волны. Если взять прозрачную ванночку, а воду подкрасить, то с помощью проектора можно спроектировать эту картинку на доску.

3.

С помощью ванночки с водой и пальца можно продемонстрировать эффект Доплера.

4.

Интерференция звука: прибор для демонстрации интерференции звука представлен на рисунке 5. В самом начале прибор имеет два одинаковых -- верхний и нижний звукопровода. Затем нижний звукопровод удлиняют. При ( -- скорость звука в воздухе (примерно 330 м/с), -- частота звука, поступающего из динамика A) звучание из рупора B максимально ослабится. При Гц см, так что прибор должен быть достаточно большим.

Рисунок 5.: Прибор для демонстрации интерференции звука

5.

Резонансные частоты: поднесем вибрирующий камертон к высокому цилиндрическому сосуду, в который понемногу наливается вода. Мы услышим то усиливающийся звук, то ослабевающий, то снова усиливающийся. Можно также посвистеть в бутылку с водой -- тон свиста меняется с изменением уровня воды в бутылке.

6.

Тоже относится к резонансным частотам: если взять шарик с гелием и вдохнуть гелий в себя, то ваш голос на некоторое время станет писклявым. Резонансная частота повышается при повышении скорости звука в среде. Скорость звука в гелии выше, чем в воздухе.

7.

Визуализация звуковых волн в воде: требуется источник звуковых волн, который можно засунуть в банку с водой (пьезокерамическая пластинка подойдет идеально). Если динамик расположить параллельно дну или поверхности воды (неважно) и подобрать частоту, чтобы возникла стоячая волна (несколько килогерц), то можно заметить, что пузырьки воздуха (всегда присутствуют в водопроводной воде) группируются в узлах давления -- видна структура стоячей волны.

8.

В книге Дж. Уокера "Физический фейерверк" описано два красивых опыта, связанных с волнами:

(a)

Фигуры Хладни. Фигуры Хладни получают на закрепленном в центре металлическом диске, на который насыпан песок. Когда по краю диска проводят смычком, песок образует различные (в зависимости от того, где и как провели смычком) геометрические узоры.

(b)

Пылевые фигуры Кундта. Трубка Кундта является простым приспособлением для демонстрации стоячих звуковых волн. Трубка Кундта представляет собой длинную стеклянную трубку, в которой насыпано немного легкого порошка (например пробковой пыли). Один конец трубки запаян, в другом с помощью пробки укреплен медный стержень. Если потереть стержень наканифоленной замшей, то он начнет скрипеть, а пыль расположится аккуратными кучками вдоль трубки. Такое распределение обусловлено стоячими звуковыми волнами.

Рисунок 6.: Когда стержень натирают замшей, пыль в трубке располагается кучками

Используемая литература:

1.

Дж. Уокер, Физический фейерверк, Издательство Мир, 1989

2.

Задачи по физике: Учебное пособие под редакцией Савченко, издательство Наука, 1981, и 1988 с изменениями -- основной учебник по физике для ФМШ при НГУ. Скоро будет еще один выпуск.

3.

Майер, Простые опыты со струями и звуком.