Голоси водоспадів та … алгебра.
Стаття написана Павлом Чайкою, головним редактором журналу «Пізнавайка». З 2013 року з моменту заснування журналу Павло Чайка присвятив себе популяризації науки в Україні та світі. Основна мета як журналу, так і цієї статті – пояснити складні наукові теми простою та доступною мовою.
«Музику я розрізав, як труп. Перевірив алгеброю гармонію». Так говорить про себе Сальєрі в маленькій трагедії Пушкіна. І якщо великий заздрісник, мабуть, дещо перебільшував, то співробітники однієї з лабораторій Тульського державного педагогічного інституту ім. Л. Н. Толстого перевіряють алгеброю гармонію в самому прямому сенсі. … На хвилину настає тиша, а потім починає звучати симфонія – симфонія води: дзвінкий голос лісового струмочка переходить в шум потоку, що падає з греблі електростанції, і в рев водоспаду. У дію приходять спеціальні аналізатори звуку, а коли магнітофон вимикається, починається математична обробка отриманих даних…
Чому шумить падаюча вода? Шумлять кавитаційні порожнини – пухирці, наповнені водяними парами і газами, розчиненими у воді. Пухирці виникають під водяним струменем ненадовго. Тиск у них значно менше атмосферного. Тому вони сплющуються, захлопуються. А в цей момент виникає дуже високий тиск і відбувається «трясіння повітря» – виникає звукова хвиля.
Але чому водоспади шумлять по-різному? Причому відмінність це не в гучності звуків, а в їх тоні – в одному випадку це сріблясте дзюрчання, в іншому – низький рев. Звукові аналізатори вчених виявили, що діапазон звуків у всіх водоспадів приблизно однаковий і дуже широкий: від 40 коливань в секунду (герц) до 8000. Однак якщо в потічках максимум енергії шуму припадає на досить високі звуки з частотою від 1600 до 2000 в секунду, то у Ніагарського водоспаду цей максимум падає на басовий діапазон частот – від 37 до 75 герц.
І відразу ж виникає нове запитання: чому саме так, а не інакше розподіляються максимуми енергій в акустичних спектрах водоспадів? Виявляється, це пов’язано з розмірами кавітаційних порожнин, які , в свою чергу, залежать в основному від висоти водоспаду.
У струмках велика частина кавітаційних порожнин має в діаметрі 0,33 сантиметра – бульбашки, як невеликий горох. Ці бульбашки, захлопуючись, дають високий чистий тон – струмок дзвенить. На Ніагарі поперечник більшої частини порожнин дорівнює 12 сантиметрам. Вибухоподібне руйнування тисяч таких «більярдних куль» і утворює шум, подібний реву авіаційних моторів.
Автор: Павло Чайка, головний редактор журналу Пізнавайка
При написанні статті намагався зробити її максимально цікавою, корисною та якісною. Буду вдячний за будь-який зворотний зв'язок та конструктивну критику у вигляді коментарів до статті. Також Ваше побажання/питання/пропозицію можете написати на мою пошту pavelchaika1983@gmail.com або у Фейсбук.