Перейти в начало сайта Перейти в начало сайта
Электронная библиотека «Наука и техника»
n-t.ru: Наука и техника
Начало сайта / Раритетные издания / Смотри в корень!
Начало сайта / Раритетные издания / Смотри в корень!

Научные статьи

Физика звёзд

Физика микромира

Журналы

Природа

Наука и жизнь

Природа и люди

Техника – молодёжи

Нобелевские лауреаты

Премия по физике

Премия по химии

Премия по литературе

Премия по медицине

Премия по экономике

Премия мира

Книги

Архимед

Доктор занимательных наук

Магнит за три тысячелетия

Плеяда великих медиков

Смотри в корень!

Физики продолжают шутить

Издания НиТ

Батарейки и аккумуляторы

Охранные системы

Источники энергии

Свет и тепло

Научно-популярные статьи

Наука сегодня

Научные гипотезы

Теория относительности

История науки

Научные развлечения

Техника сегодня

История техники

Измерения в технике

Источники энергии

Наука и религия

Мир, в котором мы живём

Лит. творчество ученых

Человек и общество

Образование

Разное

Задача 57. Дорожные ритмы

Пётр Маковецкий. Смотри в корень! Сборник любопытных задач и вопросов

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. Всё 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). 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...

В.

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 (moderato).

Рис. 74. Возникновение дорожных ритмов: а) расположение объектов; б) для наземного наблюдателя; в) для вагонного наблюдателя

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 A, B, C, D, E о стык N в моменты AΝ, BN, CN, DN, EN, разнесенные на интервалы t1 и t3, пропорциональные отрезкам l1 и l3.

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

Разумеется, наземный наблюдатель слышит стук колес не только о стык Ν, у которого он стоит, но и о другие стыки. Удары о стык M показаны на рис. 74, б (AM, BM). Эти удары запаздывают по отношению к ударам AΝ, BN 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 M 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 AΝ и AM, BΝ и BM 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 знают, 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 расстоянии, соизмеримом с длиной поезда, то ритм поезда будет совершенно иным: вы будете слышать почти одинаково громко удары всех колес обо все стыки.

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

 

• Задача 58. Быстрее звука

Оглавление


Дата публикации:

25 ноября 2003 года

Электронная версия:

© НиТ. Раритетные издания, 1998

В начало сайта | Книги | Статьи | Журналы | Нобелевские лауреаты | Издания НиТ | Подписка
Карта сайта | Cовместные проекты | Журнал «Сумбур» | Игумен Валериан | Техническая библиотека
© МОО «Наука и техника», 1997...2017
Об организацииАудиторияСвязаться с намиРазместить рекламуПравовая информация
Яндекс цитирования
Яндекс.Метрика