Интернет-журнал 'Домашняя лаборатория', 2007 №2 - Журнал «Домашняя лаборатория»

*

• ВОПРОС № 1: Есть утверждение: «Субъективная характеристика Звука громкость соответствует объективной характеристике звука интенсивности». Я думаю, что это утверждение не верно, так как субъективная громкость зависит так же от частоты. Но мой преподаватель считает, что она верна. Кто из нас прав?

ОТВЕТ: В «Физической энциклопедии» т.1 (Москва, «Советская энциклопедия, 1988), на стр. 539–540, написано: «Громкость звука зависит главным образом от интенсивности звука, но также и от распределения энергии по шкале частот… В определенных пределах при одинаковой частоте и интенсивности двух звуков более короткий кажется менее громким…» Там же приведены кривые равной громкости в зависимости от частоты, используемые при работе шумомеров.

В этом вопросе тесно перепутаны физика и физиология. В физике все аккуратно: звуковое давление, интенсивность звука и т. д. Все меряется. В физиологии возникают субъективные ощущения.

Очень подробно про это написано в «Справочнике по акустике» (Иофе, Корольков, Сапожков, Москва, Связь, 1979). Например, на стр.31: «Условились за уровень громкости любого звука (или шума) принимать уровень в децибеллах равногромкого с ним чистого тона 1000 Гц.» При этом громкость неточно характеризует субъективное ощущение, т. к. есть масса особенностей восприятия составных звуков, шумов, импульсных Звуков и т. д. и т. п.

Приведем несколько примеров, взятых из этих книг:

• При плавном увеличении интенсивности звука слуховое ощущение нарастает скачками по мере увеличения числа возбужденных нервных окончаний.

• В условиях тишины слышно тиканье часов, а в условиях шума можно не услышать даже громкий разговор.

• При прослушивании сложного Звука его громкость меньше суммы громкостей всех составляющих (это при не очень широком спектре звука).

• При прослушивании импульсного звука его громкость определяется произведением интенсивности импульса на его длительность (это до 100 Гц).

• В громкой передаче даже после отфильтровывания всех частотных составляющих ниже 1000 Гц человек воспринимает («слышит») низкочастотные составляющие с достаточно высоким уровнем ощущения.

Тем не менее, понятие громкости часто оказывается удобным.

• ВОПРОС № 2: У меня вопрос относительно того, почему гудят высоковольтные провода. Чего только не читал: у Асламазова, что это связано с ветром, у Тарасова, что с коронными разрядами, так же о взаимодействии с магнитным полем Земли. В чем же причина?

ОТВЕТ: Смотря о Звуке какой частоты идет речь. Если есть ветер, то f = kv/d, где f — частота звука, v — скорость ветра, d — диаметр провода, к — коэффициент, определяемый экспериментально. Это закон Струхала, к около 0,2 (Л.Г.Лойцянский, «Механика жидкости и газа», 1987).

Коронный разряд есть почти всегда. Он горит вокруг острых частей тел (например, огни «святого Эльма»): вблизи поверхности провода достигается пробойная напряженность электрического поля (пробой происходит в воздухе). Из-за коронного разряда на обычных высоковольтных проводах частота Звука 100 Гц, хотя может быть и высокочастотная составляющая от 10000 Гц до радиочастот (Ю.П.Райзер, «Физика газового разряда», 1987). Магнитное поле Земли тут ни при чем: по проводам течет переменный ток, который взаимодействует с магнитным полем Земли, но эффект очень мал, т. к. магнитная индукция Земли меньше 0,0001 Тл.

• ВОПРОС № 3: Решал я задачки по физике, а в вопросе такие данные — 1 тА достаточно для человека, чтобы почувствовать ток, 5 mА — будет больно, выше 15 mА — человек теряет контроль над мышцами, 70 mА… С сухой кожей сопротивление тела от одной руки до другой равно 1∙105 Ом, с мокрой — 5∙103 Ом. Правильны ли эти числа? Если нет, то интересно бы узнать правильные.

ОТВЕТ: В монографии В.Е. Манойлова «Основы электробезопасности» (Энергоатомиздат, 1991) приводятся следующие значения электрического сопротивления тела человека от ладони к ладони (площадь поверхности контакта около 10 см2):

При напряжении сети до 65 В… 4400 Ом

При напряжении сети до 220 В… 1600 Ом

При напряжении сети свыше 220 В… 1200 Ом

Международная электротехническая комиссия (МЭК) рекомендует следующие значения сопротивлений (рука — ноги) при частоте 50 Гц:

Согласно учебнику «Основы техники безопасности в электроустановках» П.А.Долина (Энергоатомиздат, 1984) увлажнение сухих рук сильно подсоленной водой снижает сопротивление тела на 30–50 %. Там же приводятся следующие данные о действии тока на человека:

• ВОПРОС № 4: Я слышал про ионные двигатели. Используются ли они на ракетах?

ОТВЕТ: В энциклопедии "Космонавтика" (Москва, 1985) написано, что летные испытания ионных ракетных двигателей проводились в СССР по программе Янтарь в 1966-70 гг, в США по программе СЕРТ в 1964 и 1970 гг, по программе Снапшот — в 1965 г.

На стендах испытаны двигатели с мощностью 50 Вт, тягой 4,45 мН, удельным импульсом тяги 12,2 км/с, кпд 50 %.

В книге "Космические двигатели: состояние и перспективы" (Мир, 1988) на стр. 185 указано, что вследствие принципиальных ограничений по плотности ионного тока максимальная тяга одного модуля ионного двигателя сравнительно невелика (от 5 мН до 1 Н).

• ВОПРОС № 5: Что такое теорема вириала?

ОТВЕТ: Теоремой вириала называется соотношение, связывающее среднюю кинетическую энергию системы частиц с действующими в ней силами.

Для классической системы материальных точек теорема вириала доказана в 1870 г. Клаузиусом. Если К — средняя кинетическая энергия системы частиц, U — средняя потенциальная энергия системы частиц, то теорема вириала выглядит как:

К = U — для гармонических колебаний,

К = — U/2 — для гравитационного или электростатического взаимодействия.

Теорема вириала записывается как для квантово-механических систем, так и в статистической механике.

Источник: "Физическая энциклопедия", 1 том (М., 1988.).

Доказательство теоремы дано, например, в 1-ом томе "Общего курса физики" Д.В.Сивухина (М., Наука, 1989), стр.152.

• ВОПРОС № 6: Иногда на небе видно два солнца. Я не Знаю, какова Закономерность этого явления. Считаю, что это оптический обман. Если — да, то в чем он заключается?

ОТВЕТ: Эффект двойного Солнца описан в книге М.Миннарта «Свет и цвет в природе», (Москва, 1958), стр. 255, 257. По мнению Миннарта это явление, по-видимому, вызывается местными изменениями яркости светового столба из-за неравномерности распределения облаков. Световой столб возникает обычно при восходе или заходе Солнца, если на луче зрения находится облако ледяных пластинок, которые очень медленно падают, сохраняя свою плоскость параллельной поверхности земли.

• ВОПРОС № 7: Почему создается эффект обратного вращения колеса при быстром движении (например, кареты)?

ОТВЕТ: Если речь идет о карете, которую Вы наблюдаете на телеэкране или в кино, то обратное вращение колес возникает, если за время между кадрами колесо повернулось на угол, который, например, меньше чем половина угла между спицами.

Источник: П.В.Маковецкий «Смотри в корень», Наука, 1976, стр.182.

• ВОПРОС № 8: В