Органные трубы и свисток Гальтона. Приборы для дутья

Органные трубы. Органные трубы в физических кабинетах бывают обычно деревянные, квадратного сечения. Они бывают язычковые или со щелью. На рисунке 15 показано устройство язычковой трубы. Воздух входит в полость, отделенную от трубы металлической стенкой. В стенке сделан прорез, закрытый металлическим язычком К. При продувании воздуха язычок колеблется, периодически пропуская скопившийся воздух и снова закрывая отверстие. Получающиеся толчки воздуха возбуждают колебания в трубе С. Чтобы получился сильный звук, необходим резонанс между колебаниями воздуха в трубе С и язычка К. Для получения резонанса изменяют период колебания язычка посредством рычажка L, изменяющего длину колеблющейся части язычка.

Рис. 15. Язычковая труба. Справа показано внутреннее устройство трубы: К—язычок, L — приспособление для регулировки длины язычка

Обычно одна из стенок камеры делается стеклянной, чтобы можно было видеть ее устройство.

В органных трубах со щелью продуваемый воздух сперва поступает в полость А (рис. 16), затем вырывается из узкой щели В. Перед щелью находится узкий деревянный клин С. При ударе струи воздуха о клин образуются вихри.

Они поочередно отделяются то с внутренней, то с внешней стороны. Внутренние вихри вызывают колебания воздуха в трубе, а эти последние, в свою очередь, регулируют отделение вихрей. Возникающие таким образом стоячие волны в трубе устанавливаются тем легче, чем ближе совпадают периоды первоначально возникающих вихрей с периодом воздушного столба.

Вследствие этого при слабом дутье труба дает основной тон, а при сильном — один из обертонов.

Рис. 16. Органная труба со щелью. Справа показана труба с дверцей, позволяющей показать устройство щели

Чтобы удобно было рассмотреть устройство щели, иногда в боковой стенке трубы делают дверцу, запирающуюся на крючок (рис. 16).

Органные трубы бывают открытые и закрытые. При одинаковой длине основной тон закрытой трубы приблизительно на октаву ниже основного тона открытой трубы.

Свисток. В физическом кабинете надо иметь пару обыкновенных свистков (продаются в охотничьих и спортивных магазинах). Применимы также „манилки“ для птиц. Тройные свистки („рефери“) не нужны.

Самодельные свистки изготавливаются из полой деревянной или металлической трубки (d = 0,8 — 1 см). Одно из отверстий закрывается пробкой наглухо, другое — пробкой, срезанной, как показано на рисунке 17, а. На расстоянии 1 см от этого конца делается вырез (рис. 17, b).

Для некоторых опытов источником звука может служить любая металлическая закрытая с одного конца трубочка (d = 3 — 4 мм, l — 5—15 мм), мимо которой с силой продувают воздух. Можно для этой цели воспользоваться ключом (рис. 18).

Свисток Гальтона. 1) Свисток Гальтона. 2) Резиновая груша с резиновой трубкой. Свисток Гальтона (рис. 19 и 20) представляет собой небольшую трубку, внутри которой посредством микрометрического винта передвигается металлический поршенек. Против трубки находится сопло в виде кругового отверстия. При продувании воздуха свисток издает тон, частота которого повышается при уменьшении глубины трубки посредством передвигания поршенька.

Рис. 19. Свисток Гальтона: А — сопло; В — полость свистка. Изменение высоты звука производится вращением барабана С

Частоту колебаний при определенном положении поршенька можно грубо определить по длине колеблющегося столба воздуха, которую можно отсчитать по шкале, имеющейся на оправе свистка. Можно принять, что длина l равна четверти длины соответствующей звуковой волны. В таком случае частота где c скорость звука в воздухе. К более дорогим приборам прилагается таблица, указывающая частоту тонов, получающихся при различных положениях поршенька.

Приборы для дутья. Для продувания воздуха сквозь сирены., органные трубы, свистки и т. п. применяются следующие приборы.

1. Резиновая груша для пульверизатора состоит из баллона А из жесткой резины, внутри которого имеются впускной и выпускной резиновые клапаны (рис. 21). Баллон Б служит для придания струе воздуха равномерности.

Такая груша удобна для продувания воздуха сквозь свистки. Чтобы освободить руки экспериментатора, можно сделать приспособление для приведения груши в действие ногой (рис. 22).

2. Резиновая груша медицинская (рис. 23) может быть употреблена для тех же целей. Чтобы облегчить пользование ею, в ее дне делают отверстие (d = 2 мм), которое при сжимании груши затыкают пальцем, а при засасывании воздуха открывают.

3. Ножной акустический мех (рис. 24) употребляется для продувания воздуха сквозь сирены и органные трубы. Он состоит из двух камер: одна со впускным и выпускным клапанами служит для накачивания воздуха во вторую камеру.

Клапаны—деревянные, обитые кожей дощечки, прижимаемые к отверстиям пружинами или проста тяжестью. Другая камера служит для накопления воздуха и для равномерной подачи воздуха к соплам. Она представляет собой мех, сжимаемый помещенной на ее верхнем основании тяжестью (металлическая пластина).

Вместо специального акустического меха можно употреблять мех, для газовой горелки (мех Флетчера, рис. 25).

4. Акустический стол. Акустическим столом называется стол,, на котором размещены ножной мех, действующий при помощи ножной педали, и несколько сопел для дутья воздуха в сирены и органные трубы (рис. 26). Около каждого сопла расположены рычажки для их пере крывания.

Рис. 26. Акустический стол: А – педаль; B – мех; СС – сопла; DD - рычажки для перекрытия сопел

Для получения более равномерного дутья следует, быстро наполнив воздухом вторую камеру, поддерживать ее полной, делая мелкие частые движения педалью.

Преимущество акустического стола перед простым мехом заключается в возможности дуть сразу в несколько труб.

5. Баллон со сжатым газом. Очень удобно для дутья, в трубы, сирены и т. п. употреблять баллоны со сжатым газом.. Баллон для углекислого газа изображен на рисунке 27. Такие баллоны делают из цельнотянутых стальных труб. На баллоне выбиты надписи:, емкость в литрах, год пробы и пробное давление. Через пять лет нужно вновь подвергнуть баллон пробному давлению.

Рис. 27. Баллон для хранения сжатого газа: А — винтовая нарезка; В—запорный вентиль; С— штуцер для привинчивания манодетандера или трубки для присоединения резиновой кишки; D — колпак

Верхняя горловина баллона имеет коническую нарезку А, в которую ввинчивается запорный вентиль В. На рисунке 28 вентиль показан отдельно.

К вентилю по снятии предохранительной гайки иногда присоединяется манодетандер (редукционный вентиль, рис. 29). В манодетандере можно поддерживать постоянное давление в пределах до

Этим избегается опасность пустить в прибор слишком сильный ток газа при неосторожном поворачивании маховичка запорного вентиля. Давление в манодетандере регулируется ручкой К.

При пользовании баллоном надо присоединить кишку к манодетандеру. Сперва присоединяют манодетандер к баллону. Осторожно повернув запорный вентиль баллона, пускают газ в манодетандер. Манометр I показывает давление газа в баллоне. Затем медленно поворачивают рукоятку K до тех пор, пока манометр II не покажет нужного давления газа (для опытов с органными трубами, сиреной и т.п. требуется давление Затем присоединяют резиновую трубку, ведущую к органной трубе, сирене и т. п. Поворачивая маховичок L, пускают газ.

При отсутствии манодетандера кишку можно присоединить прямо ж запорному вентилю.

В случае нужды в двух струях газа (например для двух органных труб) пользуются стеклянными тройниками.

Возможно также пользоваться баллонами для углекислого газа, употребляемыми для газирования фруктовых и минеральных вод.

При опытах с баллонами со сжатыми газами необходимы следующие предосторожности: 1) баллон должен иметь свидетельство о произведенном в нужный срок испытании на давление, в 1,5—2 раза большее рабочего давления; 2) никогда не следует ставить баллон близко к источникам тепла, выставлять его под яркие лучи солнца и т. п.; 3) при перевозке и переноске баллонов обязательно снимать манодетандер и надевать колпак, предохранять от толчков, падения и т. п.