Звук за работой - [5]

Теперь мы можем уяснить себе общее поведение атмосферы. Воздух — смесь газов. Мельчайшие частички газов, никогда не зная покоя, находятся в движении. Движутся они в различные стороны. Благодаря этому состав атмосферы на различных высотах примерно одинаков. Эти частички — молекулы — не улетают от земли только потому, что она их притягивает. Если бы не это обстоятельство, то стремление воздуха занять как можно больший объем рассеяло бы атмосферу. Почему же тогда молекулы не упадут на землю подобно песку? Препятствует этому взаимодействие молекул. Когда две молекулы находятся на большом расстоянии и движутся навстречу, они притягивают друг друга и отталкивают. Но сила притяжения между молекулами на большом расстоянии значительно больше, чем сила отталкивания. По мере их сближения она уменьшается, а сила отталкивания, наоборот, возрастает. Когда расстояние становится совсем малым, сила отталкивания увеличивается настолько, что начинает превышать притяжение. И тогда под действием силы отталкивания молекулы снова разлетаются в разные стороны. Таким образом, силы взаимного действия молекул не позволяют молекулам сближаться очень близко, и это порождает упругость газа.

Схема взаимодействия молекул

Атмосфера — газообразная оболочка Земли, которая предохраняет ее от охлаждения, так как воздух плохо проводит тепло. Поэтому атмосферу можно образно назвать шубой Земли. Атмосфера существует и над другими планетами солнечной системы, например над Венерой; кстати, атмосферу этой планеты открыл М. В. Ломоносов. Воздух, окружающий земной шар, более всего содержит азота — 78,08 %. Кислород составляет только 20,95 %. Еще меньше аргона — 0,93 %. Углекислого газа— около 0,03 %. Гелия и других газов — ничтожно малое количество.

Воздушная оболочка простирается высоко над Землей. Часть ее, прилегающая непосредственно к поверхности земли до высоты 11 километров, называют тропосферой. В тропосфере находятся облака, которые дают осадки — дожди, снег и град. В тропосфере, как и в более высоких слоях, преобладают азот и кислород. За тропосферой, вплоть до 75 километров, находится стратосфера. Хотя в нижних слоях стратосферы больше водорода, а в верхних — гелия, но в общем состав воздуха примерно такой же, как и в тропосфере. В стратосферу поднимались советские аэронавты, достигнув высоты 22 километров.

В настоящее время для изучения атмосферы на большую высоту запускают воздушные шары, так называемые аэрозонды, с автоматическими приборами.

А запуск искусственных спутников Земли позволил осуществить непосредственные замеры и наблюдения в верхних слоях атмосферы.

КАК ЗВУЧАЛ БЫ ЦАРЬ-КОЛОКОЛ

Обыкновенный маятник

Мир звуков на Земле существует лишь благодаря атмосфере. В то же время Земля совершает свое движение в безмолвном океане Вселенной.

Шум ветра и дождя, грохот грома и бушующих вод, шелест листьев и звонкое журчанье ручьев — звуки стихии. Они существовали на Земле и безраздельно царили в течение долгого времени, прежде чем появились живые существа. Появление человека не только расширило мир звуков природы, но украсило его речью, пением и музыкой.

Человек заставил тела звучать по своему усмотрению. Хорошо высушенные и натянутые шкуры стали барабанами, а жилы животных — струнами музыкальных инструментов.

Ни один оркестр не обходится без барабана, который является для него своеобразными часами. Звуки барабана раздаются через равные промежутки времени, удерживая музыкантов от излишне торопливого звучания инструментов оркестра.

Трубчатые стебли растений и просверленные рога животных тоже звучат, если через них продувать воздух. По всей вероятности, так были устроены первые духовые инструменты. Охотничьи рожки и свистки сохранились до сих пор, и звуки их по-прежнему собирают собак, увлекшихся преследованием зверя на охоте.

Звучание натянутых шкур и жил происходит тогда, когда их заставляют вздрагивать — совершать колебания. В окружающей среде при этом возникают упругие волны.

Давно замечено, что звучащие тела совершают колебания, но не все колеблющиеся тела издают звук.

Звук, в отличие от света, не распространяется в пространстве, лишенном воздуха.

При каких же условиях возникает звук и какая связь между колеблющимся телом и окружающим его воздухом?

Прежде всего нужно выяснить, как происходят колебания тел и какие законы ими управляют. Это удобно сделать на примере колебаний маленького тела, подвешенного на нитке, так называемого маятника, который только совершает колебания, — никаких звуков он не издает.

Когда маятник висит спокойно, он находится в положении равновесия. Это равновесие является устойчивым, потому что стоит только маятник чуть-чуть отклонить, как сила тяжести возвращает его в прежнее положение. Но он при этом успокаивается не сразу. Долгое время движется тело, подвешенное на нитке, в одну и другую сторону от своего положения равновесия. При этом, как заметил впервые Галилео Галилей, время одного полного колебания, когда маятник с одной стороны от положения равновесия перейдет на другую, а затем вновь вернется туда, откуда он начал движение, оказывается почти одинаковым и очень медленно убывает.