М.Ф.Лущик, И.Д.Колесникова,
(Измайловская гимназия № 1508),
Н.Кудряшова (студентка МПУ), г. Москва

В мире звуков

Сценарий физического вечера
9-й класс. Базовый курс

Под мелодию песни индийского гостя «Не счесть алмазов...» из оперы «Садко» Н.А.Римского-Корсакова медленно открывается занавес. На сцене девушки в индийских нарядах кружатся в танце. Звучит гобой.

Не счесть законов физики чудесной,
Их изучать всем очень интересно,
Помогут нам все объяснить...

1-я девушка.

Мир звуков так многообразен,
Богат, красив, разнообразен,
Но всех нас мучает вопрос...

2-я девушка.

Откуда звуки возникают,
Что слух наш всюду услаждают?
Пора задуматься всерьез.

3-я девушка.

В грозу мы слышим рокот грома,
Вот шум прибоя, плеск волны.
Другие звуки нам знакомы...

4-я девушка.

Сегодня мы понять должны
Причину и природу звука,
Что слышим мы то здесь, то там.

5-я девушка.

Спасибо физике! Наука
Поможет разобраться нам!

Отходят в сторону. На сцене появляется группа: профессор, капитан, два матроса, юнга. Они устраиваются.

6-я девушка.

О мире звуков сложены легенды,
Рассказы, сказки, песни, а сейчас
Вы познакомитесь с героями Марка Твена,
Мы в путешествие приглашаем вас
      (показывает на группу, уходит).

Профессор. 

Итак, друзья, Меня прозвали Джек-чудак.
Но за труды присвоена ученая мне степень.
Мне в жизни интересно все: откуда? что? и как?
Преподаю я в Гарвардском все ж университете!
При этом хобби два имею необычных:
Есть статуй древних у меня коллекция приличная,
И мест коллекция тех, что эхо сохраняют.
Ребенком я в книге научной читал,
Что звук – колебания, распространяющиеся
В средах различных: в газах, и в жидкостях,
И в твердых телах.
Знают и Бог, и Аллах,
Что их частота 20–20 000 герц!
Но это, представьте, еще не конец.
Явление эха порой возникает,
Когда что-нибудь звук отражает.
Скупать я начал те места,
Где обитало эхо.
И в этом, знайте, господа,
Добился я успеха.
К примеру, в штате Джорджия –
Четырежды звучит,
А в Мериленде шесть раз
На зов ваш поспешит.
Девятикратно эхо
В Канзасе – всем известно,
А в штате Мэн
Тринадцать раз
Откликнется всем честно.
Я в поисках подобных мест не знал ни сна, ни лени.
Вот в Колорадо эхо
Мне дешево досталось,
Хотя двенадцать раз подряд сначала повторялось,
Но обвалилась часть утеса,
А с ним и эхо без вопросов
Исчезло навсегда. В газете
Прочел я, будто есть на свете,
Где племя негритянское живет,
Скульптура говорящая. Народ
Увидеть должен это чудо.
Мы привезем ее оттуда!

Капитан.

Я старый волк морской,
Я в жизни повидал
Немало всевозможных приключений,
И ваш рассказ нас заинтриговал.
Команда пребывает вся в неслыханном волненьи.

1-й матрос. 

Мы с нетерпеньем ждем команды «Отплывать!»;
Попутный ветер парус наш наполнит...

2-й матрос.

И каждый радостно с отвагой долг исполнит,
Чтоб интересно было позже вспоминать.

Юнга. 

Кто знает, что нам бог сулит,
В том путешествии, что предстоит.

Группа поет на просцениуме.

По морям и океанам к цели мы своей идем.
Знаем, с нашим капитаном все, что ищем, то найдем.
Если нас не обманули, статую мы привезем.
Что нам унывать? Нам нечего терять.
Море зовет, море поет: только вперед!
Приятель, смелей разворачивай парус.
Йо-хо-хо, что нас завтра ждет?
Нам неведомы покой, страх и усталость!
Йо-хо-хо, только лишь вперед!

Открывается занавес. На сцене тропический лес. Путешественники устраиваются на ночлег около костра.

Профессор.

Достигли африканских берегов обетованных!

Капитан. 

Пожалуй, здесь мы сделаем привал.

1-й матрос. 

Ну, наконец-то отдых столь желанный!

Капитан. 

Подбрось-ка дров в огонь!

2-й матрос. 

Ну, ты меня достал!

Подбрасывает дрова. Слышны барабаны.

Профессор. 

Я слышу звук там-тамов!
Значит, мы у цели.

Сцену застилает туман.

Юнга.

Туман сгущается. Все ниже, ниже.

1-й матрос.

От этих барабанов
Мы порядком обалдели.

2-й матрос. 

Но странно! Звук там-тамов
Стал заметно тише.

Профессор. Ничего странного. Просто вначале воздух был до того сухим, прозрачным, что звук, т.е. механические колебания молекул воздуха, распространялся далеко, звук был отчетливым, а в тумане волны быстро затухают, вот и слышимость плохая.

Юнга. А-а-а, поэтому мне кажется, что барабан играет все тише и тише?

Профессор. Да, а на самом деле в барабаны бьют так же. Все. Спать.

Занавес. Группа поет на просцениуме.

Среди пышной зелени, что растет кругом,
Есть деревня племени, мы в нее идем.
Племя называется странно: Дуба-Дам.
В зелени скрывается и звучит там-там.
Здесь живут несчастные люди-дикари,
На лицо ужасные, добрые внутри.
И с утра до вечера лупят в барабан,
Звуки барабанные здесь звучат и там.

Открывается занавес. На сцене аборигены исполняют ритуальный танец. В центре восседает вождь. Появляются путешественники. Профессор подходит к вождю.

Профессор. Приветствую тебя, о великий вождь племени Дуба-Дам!

Вождь. Осаче рад гостям с дальнего берега.

Профессор. Мы ищем говорящую статую. Если великий вождь Осаче позволит, мы остановимся в вашей деревне на несколько дней.

Вождь. Мои люди сыты. Мы запасли много еды. Твои люди могут не бояться. Оставайтесь с нами.

Капитан. 

Великий вождь!
Мы слышали всю ночь,
Повсюду барабанов бой звучал.
Быть может, ты сумеешь нам помочь?
Ответь, о чем звук барабанов возвещал?

Вождь. 

Закончилась великая война!
Мы с племенами перемирье заключили.
И всем в округе барабаны возвестили:
Отныне мирная нам жизнь нужна!

Юнга. Я понял! Это – как телеграф, но только звуковой.

Капитан. Верно, мой мальчик. Он существует с древнейших времен. Им быстро передавали известия на далекие расстояния.

Вождь. Радуйтесь, люди! Сегодня у нас праздник. А завтра предстоит большая охота!

Звучит музыка.

1-й дикарь. О, музыка! Это прекрасно.

Профессор. Смотря что называть музыкой.

2-й дикарь. Что имеет в виду бледнолицый гость?

Профессор. Только то, что сказал. То, что для одних кажется музыкой, другие воспринимают как ужасный шум.

3-й дикарь. Бесстрашный Тумак любит шум боя и большой охоты. Для него – это музыка!

Вождь. А для людей с Большой Земли – это помеха, шум.

1-й матрос. 

Профессор! Не могу понять,
Где все же музыка, где шум?
Как мы должны их различать?
Осилить мой не может ум!
Вот мы мелодией зовем

То, что на празднике поем (поет: «Распрекрасный, клен зеленый, лист резной...»).

Профессор. 

Различье музыки и шума
Довольно трудно распознать.
Вот опера. Ее привыкли
Великой музыкой считать.
Хотя находятся такие,
Ее лишь шумом называют,
А плеск волны и крики чаек
Как музыку воспринимают.

Матрос. 

Я в опере не раз бывал,
И даже арии певал (поет: «Кто может сравниться с Матильдой моей...»).

Профессор. Это замечательно! Однако большинство людей согласятся с тем, что звуки, идущие от колеблющихся струн, язычков, ножек камертона и вибрирующих связок певца, – музыкальные. Вообще, для музыкального звука существенно, чтобы колебания повторялись через равные промежутки времени. А колебания, производимые движущимися поездами, вагонами и т.п., происходят нерегулярно, – это и есть шум. Музыкальные звуки издают различные музыкальные инструменты. В соответствии с источником звука они делятся на разные группы.

Дикарь. О! Мамба знает, на какие группы они делятся.

Капитан. Это уже интересно! И на какие же?

Дикарь. Ударные! Это бубны (бьет в бубен), барабаны (дикари вокруг бьют в барабаны) и вот... Бутылочный ряд! Это наше изобретение. Обратите внимание: бутылки заполнены жидкостью, каждая на своем уровне. Когда Мамба бьет по ним ложкой, они издают различное звучание. Вот послушайте (играет на бутылках)!

Юнга. 

Ай да Мамба! Вот чудак,
Усидеть нельзя никак (пританцовывает под «Яблочко»).

Дикарь. А Бумба знает духовые. Флейта, труба, гобой, во! Моя Дудуся (показывает на Женю) мне всегда перед сном играет (звучит гобой). Бумба думал, думал – и свою флейту сделал (демонстрирует устройство: спица + пробка + картонная трубка).

Профессор. Какое музыкальное племя, однако!

Вождь. Осаче тоже кое-что знает. Есть еще струнные инструменты. У нас тут скрипач прибился к племени. Сыграй нам, Звенящая Струна, потешь бледнолицых.

Скрипач играет.

Дикарь. А я свой инструмент сделал. Натянул на коробку от «Ле-Монти» резинки. Чем сильнее они натянуты, тем выше звук. Вот послушайте (демонстрирует устройство). Чем не арфа?!

 Капитан. Господи, слова-то какие знают. Прямо виртуозы джунглей!

1-й матрос. Уж коль речь зашла о струнных, то с гитарой ничто не сравнится. Спой нам, Соловей Джунглей!

Исполняется песня под гитару.

2-й матрос. А про клавишные вы забыли? Пианино, рояль, синтезатор... А у нас как раз в кустах пианино оказалось. Танцуют все!

Стихийно, под «цыганочку» или «барыню» возникает перепляс.

Профессор. Да, все вы правильно про инструменты рассказали. Осталось уточнить, что в ударных происходят колебания от удара палочкой или рукой по натянутой коже или металлической пластине; в клавишных колебания струн вызываются ударами по ним молоточками; в духовых происходят колебания столба воздуха внутри труб разной длины.

Все (хором). Вы такой умный, профессор! Это что-то!

Профессор (скромно). Вы мне льстите!

Вождь. Осаче в задумчивости. Осаче хочет понять, чем же отличаются друг от друга звуки разных инструментов.

Профессор. Это очень просто. Есть три важных понятия, характеризующих звуки. Внимание на экран! (На экране – запись звуков различной громкости и высоты.) Первое понятие – громкость. Определяется действием звука на орган слуха. Но это весьма субъективно. Ведь среди нас есть тугоухие (кто-то произносит: «Ась?»), а есть очень остро слышащие. Поэтому в физике пользуются понятием интенсивность звука. Его можно измерить. Она зависит от амплитуды колебаний и от площади тела, совершающего колебания. Единица громкости – бел.

Капитан. О да! Она названа в честь ученого, Грэхема Белла, изобретателя телефона! На практике чаще всего громкость измеряют в децибелах.

Профессор. Второе важное понятие – это высота тона. В физике она характеризуется частотой колебаний. Наинизший из слышимых человеком музыкальных звуков имеет частоту 16 колебаний в секунду. Он извлекается органом (звучит орган). Зато 27 колебаний в секунду – тон вполне ясный для уха, хотя тоже редкий. А вот октава вверх – любопытный тон: 44 колебания в секунду – абсолютно нижний рекорд для мужского баса, поставленный певцом Каспером Феепером.

1-й матрос. А в наши дни такой звук берет англичанин Норман Аллин.

Профессор. Поднимаемся дальше. 80 колебаний в секунду – обыкновенная нижняя нота хорошего баса и многих инструментов (звучит запись Шаляпина). Еще октава вверх – и мы попадаем в тот участок диапазона, который буквально «кишит» музыкой. Тут работают почти все голоса и музыкальные звуки (звучит запись «Quin»). Звуки частотой свыше 3000 колебаний в секунду в качестве самостоятельного тона не используются. Они слишком пронзительны.

Дикарь. Ой! Ну мы все теперь такие умные! Это что-то!

Вождь. Вот на этом и разойдемся на ночлег. Завтра – великая охота.

Гаснет свет. Слышны голоса птиц, рыканье зверей. Звучит песня.

Утро красит нежным светом
Наше племя Дуба-Дум,
Просыпаются с рассветом
Те, кто спал, и слышен шум.
Все стремятся на охоту,
На лужайки и в кусты,
Там их ждут другие звуки.
Те, что слышим я и ты.
Кипучая, могучая, Земля  неукротимая,
Шумящая, звенящая, ты – самая любимая!

Рассвет. Появляются кузнечики.

В траве сидел кузнечик (2 р.),
Совсем, как огуречик, зелененький он был!
Представьте себе, представьте себе, совсем, как огуречик.
Представьте себе, представьте себе, зелененький он был!

Он стрекотал из травки (2 р.),
А с ним и все козявки, и муху он  любил.
Представьте себе, представьте себе, не трогался он с места,
Представьте себе, представьте себе, он неподвижен был!

По сцене в поисках добычи рыщут охотники. Один отстает.

Капитан. Билл, не отставай!

Юнга. Послушайте, как стрекочут кузнечики! Правда, я никак не могу понять, где они спрятались. Как только я поворачиваю голову, звук уже доносится с другой стороны. Они, что1, перепрыгивают с места на место, да?

Дикарь. О нет, мой юный друг! Насекомое сидит на месте, а его изумительные прыжки – лишь плод твоего воображения!

Профессор. Конечно, Билл. Это следствие обмана слуха. Дело в том, что ты, поворачивая голову, помещаешь ее как раз так, что кузнечик находится в плоскости симметрии твоей головы. При этом легко ошибиться в направлении звука: кузнечик стрекочет впереди, но ты по ошибке относишь его в сторону.

Юнга. Чудеса! Чего только не узнаешь благодаря физике.

Вождь. Осаче хочет дать совет юному бледнолицему. Хочешь определить, откуда доносится звук – стрекот кузнечика, пение кукушки, крик птицы, – не поворачивай лица прямо на звук.

Матрос (кричит издали). Смотрите, капитан, я нашел пещеру!

Профессор. Господи! Неужели сбудется моя мечта?! Где вы?

Матрос. Хотел бы я знать, как далеко от вас я нахожусь.

Капитан. Это нетрудно. Твои часы при тебе?

Матрос. Да!

Капитан. Возьми часы в руку. Произнеси мое имя и точно заметь секунду, когда начнешь говорить. Я повторю имя, как только звук дойдет до меня, а ты заметь время, когда до тебя дойдет мой ответ.

Матрос. Хорошо!

Капитан. Тогда половина времени, прошедшего между сигналом и ответом, покажет, сколько секунд потребуется звуку, чтобы дойти от меня до тебя. Ты готов?

Матрос. Да!

Капитан. Внимание! Я произношу твое имя: «Джон!»

Проходит некоторое время и слышится ответ.

Капитан. 3 секунды. Следовательно, зук дошел до меня за 1,5 секунды. Скорость звука – 340 метров в секунду. Умножаем ее на время и получаем расстояние – 50 метров.

Профессор. Пошли скорее к нему. (Вылетает летучая мышь.) Да здесь полно летучих мышей!

Матрос. Противные твари! Никак не могу понять, как они ориентируются в кромешной тьме пещеры.

Профессор. Очень просто – с помощью ультразвуковых сигналов в виде коротких импульсов частотой до 130 кГц и продолжительностью от 0,2 до 100 мс. Но где же статуя?

Появляется статуя.

Статуя. Что вам здесь нужно?

Профессор. Действительно, говорящая.

Статуя. Уходите! Это священное место!

Юнга. Профессор! Сюда движутся наши местные друзья, и вид у них далеко не мирный. Пора отсюда уходить.

Профессор. Прощай, моя голубая мечта! Видно, ты так и останешься мечтой!

Занавес.

Вечер тихо стелется, гаснет небосвод.
Вновь перед отплытием собрался народ.
Бурные события остались позади.
Все собрались рядышком, чтоб их обсудить.
Ой, деревня Дуба-Дам, белые цветы!
Ой, профессор мудрый, загрустил что ты?

Открывается занавес. Все сидят, готовые к отплытию.

Юнга. Профессор, а все-таки она говорила! Как же это?

Профессор. Мой мальчик! Скорее всего, это было жилище жреца. Местные колдуны – очень мудрые люди. Они помещали статуи своих богов в фокусе вогнутого звукового зеркала либо в конце переговорной трубы, как это было в пещере, искусно скрытой в стене. По этим трубам разнообразные звуки извне проходили в пещеру, создавалось впечатление, что божества шепчутся между собой. Жрец заметил нас и через такую трубу общался с нами, а впечатление было такое, что говорила статуя.

Вождь. Осаче интересно знать, о чем беседуют белые люди с дальнего берега?

Матрос. Это мы так, распрощались с мечтой профессора.

Дикарь. Давайте о чем-нибудь общедоступном. Наш мудрый друг назвал нам только два понятия, характеризующих звуки. А какое же третье?

Профессор. Третье понятие – это тембр звука. Получить чистый звук со строго определенной частотой колебаний очень трудно, даже при полном отсутствии шумов.

Вождь. Это почему же?

Профессор. Любое колеблющееся тело издает звук не только одного, основного, тона. Его сопровождают звуки других частот. Они всегда выше основного и называются обертонами, т.е. верхними тонами. Именно они и позволяют нам различать звуки инструментов, голоса людей, даже если они равны по высоте. Каждому звуку обертоны придают своеобразную окраску, или, как говорят, тембр. Если обертоны близки по высоте к основному звуку, то он нам кажется мягким, бархатным. Мы говорим: «Какой приятный тембр!» Когда же обертоны значительно выше основного тона, мы слышим неприятный, резкий, металлический голос или звук. Вот у нашего Билли весьма приятный тембр. Спой нам, мой мальчик.

Юнга. У нас один любимый поэт – это А.С.Пушкин. Он очень любил свою няню и посвятил ей не одно стихотворение. И мне сейчас что-то взгрустнулось о доме. Поэтому я спою вам всем знакомую с детства песню.

Вождь. Спасибо, Билли! Ты растрогал душу Осаче!

Капитан. Друзья! К сожалению, все когда-нибудь заканчивается. Завершается и наше путешествие. Пора на Большую Землю.

Дикари. ...Но нас так поразила ваша наука – физика. Мы столько всего узнали.

...Имею способности к стихосложению –
И вот я в каком нахожусь положении...
...То – местный поэт. И зовется он Цветик.
Сейчас от себя вам изложит приветик.
...Науку ту, физику, я полюбил,
Экспромтом я песню о ней сочинил.
Пред тем, как расстаться, давайте все вместе
Для тех, кто в зале, споем эту песню!
Ничего, поверьте, лучше нету
Изученья этого предмета.
Тот, кто физику прекрасно знает,
Очень много в жизни понимает,
Нам она легко все объясняет...
Мы вам рассказали здесь о звуке,
Там, где знанья, места нет для скуки!
Колебанья разные бывают,
Они звуки разные рождают
И повсюду слух нам услаждают!
Физику все дружно изучайте
И задачи разные решайте,
Вам помогут в жизни эти знанья –
Не страшны вам будут все заданья,
По плечу вам станут все дерзанья!

Литература

• Я.И.Перельман. Занимательная физика. – М.: АО «Столетие», 1994.
• «Физика» № 13/99.