Материал к уроку

Почему же, почему?..

? Когда на Олимпийских играх проводятся соревнования по плаванию, победителем признаётся спортсмен, первым коснувшийся датчика, прикреплённого к бортику бассейна в конце плавательной дорожки. Откуда мы знаем, что датчик реагирует именно на прикосновение пловца, а не на, к примеру, удар водяной струи ?

Ответ 1. В конце каждой дорожки к стенке прикреплена специальная подушечка размером 90 × 240 × 1 мм. Прикосновение к этой подушке останавливает часы фирмы «Омега». Представители этой фирмы (они же и производители подушечки), официального поставщика Олимпийских игр 2008 г. в Пекине, официально заявляли, что подушечка реагирует на самое слабое прикосновение руки пловца и при этом не реагирует на удар волны. Однако после дискуссий относительно того, действительно ли Микаэль Фелпс победил Милорада Кавича на 100-метровой дистанции баттерфляем (впоследствии его победа была подтверждена цифровой съёмкой), было определено минимальное давление, которое следует приложить к поверхности подушечки, чтобы её активировать. Можно поэтому сказать, что победа засчитывается тому, кто надавил на подушечку с достаточной силой, а вовсе не тому, кто коснулся её первым.

Ответ 2. Удар воды должен быть достаточно сильным, чтобы давления на подушку хватило для запуска электрического импульса. Спортсмен, заканчивающий свой заплыв, не может вызвать волну соответствующей амплитуды и интенсивности.

Ответ 3. На каждой дорожке бассейна обязательно присутствует специальный судья-хронометрист. Если же речь идёт о соревновании высокого уровня, то время прохождения дистанции фиксируется по меньшей мере тремя хронометрами. В спорных случаях итоговое время может быть рассчитано как среднее значение показаний нескольких приборов. При этом пловцы должны быть внимательны и стараться не касаться датчиков при выходе из воды – чтобы не вызвать путаницы в системах отсчёта времени.

URL: http://www.newscientist.com

 

? В соревнованиях Формулы-1 проезжающий автомобиль издаёт шум примерно 110 дБ. В прошлом году, наблюдая эти знаменитые гонки, где участвовало 20 машин, я стоял около стартовой линии. Естественно, шум был намного больше, чем от одного автомобиля, но не в 20 раз. Почему?

Ответ 1. Следует учитывать два обстоятельства. Во-первых, шум от автомобилей не синхронизован: источники независимы, и максимум давления в звуковой волне, пришедшей от одного автомобиля, может совпадать с минимумом давления в волне, пришедшей от другого. Для n несинхронизованных источников звука воспринимаемое барабанной перепонкой давление в звуковой волне пропорционально √N. То есть давление воздуха в звуковой волне, генерируемой 16 автомобилями, в 4 раза больше, чем в волне, генерируемой одним автомобилем. Во-вторых, шкала громкости – логарифмическая. Выражаемое в децибелах увеличение уровня громкости составляет ΔL = lg N₂/N₁, где N₂, N₁ – число источников (в нашем случае отношение 20). Таким образом, 19 дополнительных автомобилей добавляют примерно 13 дБ, так что общий уровень шума от 20 автомобилей будет равен примерно 123 дБ.

То же самое, кстати, справедливо в отношении скрипок в оркестре. Давление воздуха в звуковой волне, генерируемой 15 скрипками, всего лишь в 4 раза превышает давление, соответствующее одной скрипке, т. е. уровенень громкости 82 дБ против 70 дБ. Если замолчит половина труб оркестра – очевидно, более громких по сравнению со скрипкой – то общая громкость уменьшится всего на несколько децибел, чем и объясняется намного большее число скрипок в оркестре, чем труб. Можно показать, что если шум от двигателя примерно равен шуму от шин, то бессмысленно снижать уровень шума двигателя более чем на 3 дБ, если соответственно не снижать шум от шин.

Ответ 2. В 1990 г., выясняя степень «шумового загрязнения», я измерял уровень громкости на соревнованиях Формулы-1 в британском Сильверстоуне и выяснил, что один автомобиль действительно создаёт уровень шума примерно 110 дБ. При этом в начале гонок все автомобили проезжали мимо меня практически одновременно, а в конце – уже по одному. Измеренное различие в уровнях громкости составляло примерно 12 дБ, что близко к теоретическим оценкам. Заметим, что ощущение громкости отличается от измеренного приборами. Для человеческого уха важны отношения физических характеристик в звуковой волне, а потому удвоение мощности звука всегда вызывает примерно одинаковое увеличение громкости, вне зависимости от того, о каких абсолютных величинах идёт речь. Для большинства людей справедливо эмпирическое правило: увеличение громкости звука на 10 дБ воспринимается как усиление звука в два раза, а потому одновременно проезжающие мимо вас 20 автомобилей будут казаться вам немногим более чем в два раза более громкими, нежели один автомобиль. Это, кстати, лишний раз говорит о том, что децибелл является весьма противоречивой единицей громкости.

URL: http://www.newscientist.com

Б.В. Булюбаш (пер. с англ.)
<borisbu@sandy.ru>,
НГТУ им. Р.Е. Алексеева, г. Н. Новгород