Узлы и пучности при колебаниях струны. Запись колебаний струны

Узлы и пучности при колебаниях струны. 1) Сонометр. 2) Смычок. 3)Бумажные наездники из цветной бумаги.

Бумажные наездники — полоски плотной бумаги (b = 2 — 3 мм, L = 20 — 30 мм), согнутые в середине (рис. 92). На одну из струн насаживают в разных местах несколько (10—12) наездников. Возбуждают колебания струны, проводя по ней смычком. Все наездники, кроме расположенных у самых краев, слетают. В этом случае на струне образуется только одна пучность и два узла у краев струны.

Рис. 92. Бумажный наездник (рейтер) для струн

Чтобы получить и обнаружить узлы посредине струны, ведут смычком по одному из тех мест, где должна быть пучность, одновременно касаясь пальцем одного из тех мест, где должны быть узлы. В остальных местах пучностей и узлов насаживают наездников. Пусть, например, мы хотим получить три узла посредине струны (четыре пучности).

Тогда смычком надо вести на расстоянии одной восьмой длины струны от конца, а пальцем касаться на расстоянии одной четверти от конца. На расстояниях трех восьмых, пяти восьмых и семи восьмых от конца заранее насаживаются наездники одного цвета, а на расстояниях одной второй и трех четвертей — другого цвета. При возбуждении струны смычком первые соскочат, а вторые останутся сидеть.

Запись колебаний струны. 1) Сонометр. 2) Воск, тонкая проволока. 3) Закопченная стеклянная пластинка. 4) Проекционный фонарь. 5) Смычок.

Натягивают на сонометр самую толстую струну из набора для контрабаса. На расстоянии одной четверти — одной пятой от конца прикрепляют воском щетинку или стальную проволочку (рис. 93).

Рис. 93. Запись колебаний струны

Возбуждают смычком колебания струны и одновременно быстро проводят закопченным стеклом мимо щетинки. Щетинка вычерчивает график колебания, резко отличающийся от синусоиды (рис. 94). Пролагают получившиеся кривые на экран.

Рис 94. Примеры записей колебаний струны при разных положениях смычка (в натуральную величину)

Развертывание на экране проекции колеблющейся струны. 1) Проекционный фонарь (с конденсором и объективом). 2) Струна, натянутая перед щелью (рис. 95). 3) Смычок; канифоль. 4) Зеркальная вращающаяся призма.

Рис. 95. Струна, натянутая перед щелью: А — железная скоба; ВВ— колки для закрепления струны; С — железная стенка со щелью

За конденсором проекционного фонаря помещают струну, натянутую перед щелью, а за нею объектив. Далее на некотором расстоянии помещают вращающееся зеркало (рис. 96).

Рис. 96. Расположение приборов для развертывания колебаний струны на экране

Получают на экране изображение отрезка струны, освещенное сквозь щель (рис. 97). При этом нужно фокусировать на струну, а не на щель. Приводят во вращение зеркало. На экране видна прямая черная линия на светлом фоне. Если струну возбудить, дернув за нее или проводя по ней смычком, на экране видна кривая линия, характеризующая колебания струны.

Рис. 97. Таким должно быть изображение на экране неподвижной струны

Если нет струны, натянутой перед щелью, можно поместить на скамью фонаря щель, употребляемую для опытов по спектрам, а за нею сонометр, на котором натянута одна струна.

Вместо струны можно таким же образом проектировать колебания острия, прикрепленного к камертону. Вместо объектива и вращающегося зеркала можно воспользоваться диском с линзами.

Обнаружение обертонов струны. 1) Сонометр. 2) Птичье перо. Возбудив колебания струны дерганием на расстоянии одной четверти длины от конца, касаются бородкой пера (можно и просто пальцем) точно середины струны. Слышен тон на октаву выше (первый обертон).

Дергают струну посредине и касаются бородкой пера на расстоянии точно одной трети длины струны. Слышен второй обертон (на квинту выше первого).

Касаясь бородкой пера на расстоянии одной четверти, одной пятой и одной шестой звучащей струны, обнаруживают третий, четвертый и пятый обертоны (третий на кварту выше второго, четвертый на большую терцию и т. д.).

Различие в тембре звука струны в зависимости от соотношения между амплитудами обертонов. 1) Сонометр.

Дергают струну на различных расстояниях от конца. Получающиеся звуки заметно рознятся в отношении тембра. Объяснение этому таково: меняя место дергания, мы меняем амплитуду колебаний частей струны, т. е. силу обертонов. При дергании в середине струны мы возбуждаем основной тон, и все четные обертоны (первый, третий и т. д. обертоны отсутствуют, так как для них посредине струны должен быть узел). Звук получается глуховатый. При дергании вблизи концов струны усиливаются высокие обертоны — получается звенящий звук.

Зависимость высоты тона струны от температуры. 1) Сонометр. 2) Трансформатор 120/6 (или аккумулятор на 4—6 в). 3) Провода, ключ. 4) Реостат на 3—4 а.

На сонометре натягивают две балалаечных струны. Настраивают струны в унисон. К концам одной из них подводят ток от трансформатора через реостат. Пускают ток и регулируют его так, чтобы струна немного нагрелась. Дернув за обе струны, наблюдают понижение тона у нагретой струны.

Продольные колебания в струнах. 1) Сонометр. 2) Кусок шерстяной материи (5 см X б см).

Смочив материю водой (или лучше денатуратом), сжимают струну в пальцах между материей и ведут материю вдоль струны. Слышен высокий тон, значительно отличающийся от тона поперечных колебаний струны. Это — продольные колебания струны. Если вести материей посредине струны, слышен тон меньшей высоты (основной); если вести материю ближе к концам струны, слышен более высокий тон (обертон). Отметим, что высота тона почти не зависит от степени натяжения струны.