TYGODNIK POPULARNY, POŚWIECONY NAUKOM PRZYRODNICZYM.
PRENUMERATA „WSZECHŚWIATA".
W Warszawie: r o c z n ie r b . 8, k w a r ta ln ie rb . 2.
Z przesyłką pocztową r o c z n ie r b . 10, p ó łr . rb . 5 .
PRENUMEROWAĆ MOŻNA:
W R e d a k c y i „ W s z e c h ś w ia ta " i w e w s z y s tk ic h k s ię g a r n ia c h w kraju i za g r a n ic ą .
W ciągu sierpnia redakcya będzie otwarta tylko od 4 do 6 popołudniu.
A d r e s R e d a k c y i: W S P Ó L N A JVfe. 3 7 . T e le f o n u 8 3 -1 4 .
Z J A W I S K A A K U S T Y C Z N E P O D C Z A S W Y B U C H Ó W 1).
Podczas eksplozyi w ulkanów , m ate ry a - łów w y b u c h o w y c h , i w t y m podobn y ch w y p a d k a c h , połączonych z w y tw a rz a n ie m silnych dźw ięków , obserw ow ano n iera z p ew ne niez w y k łe z jaw isko a k u sty c z n e.
Oto w y b u c h y te sły c h a ć było n a pewnej n ie r e g u la r n ie z ary sow anej p rz e s trz e n i, dalej n a s tę p o w a ł p a s ciszy, m a ją c y m niej więcej 100 km szerokości, a za nim n a s tę p o w a ła znów p rze s trz e ń , n a k tó re j d ź w ię k d a w a ł się słyszeć. Zjaw isko to o bse rw o w a n o w r. 1 8 7 8 podczas w y b u chu w u l k a n u Kotopaxi, n a s tę p n ie p o d czas s ły n n e g o w y b u c h u K r a k a ta u . A. de Q uervain był jeg o ś w ia d k ie m w chw ili w y b u c h u d y n a m i tu 1 5 lis to p a d a 1 9 0 8 r.
podczas b u dow y kolei n a J u n g f r a u . P r ó bował on ju ż w t e d y w y ja ś n ić zjaw isk o to z a ła m a n ie m i o d b ija n ie m p ro m ie n i d źw ięk o w ych. O statnio G. v. d e r Borne
ł) Podług G. v. d. Bornego, Ueber die Schall- verbreitung bei Explosionskatastrophen, Physi- kalisehe Zęitschrift, M 11 z r. b.
podał p ro stą teoryę, tłu m a c z ą c ą d o s ta tecznie p rzy c z y n y i p rzeb ieg z ja w isk a . W b e zpośred niem s ą sie d z tw ie m iejsca w y b u c h u n a s tę p u j e silne w s trz ą śn ie n ie pow ietrza, nie dające rozłożyć się n a fale dźwiękowe. Nie m ożna w ięc m ówić ta m o dźw ięku w z w y k łe m z n a czeniu tego w yrazu ; praw a, rządzące przenoszeniem się dźw ięku, nie są w ażne w ty m o b sz a rze. Dopiero n a p ew nej odległości od m ie jsc a w y b u c h u p o w s ta ją z w yk łe fale dźwiękowe. Obszar ten, n a k tó re g o g r a nicy p o w s t a ją fale dźwiękowe, Borne n a z y w a źródłem dźw ięku. B iorąc pod u w a gę, że źródło n i g d y nie m a śre d n ic y większej, niż 1 km,, m ożem y tu uw ażać je za p u n k t. Źródło dźw ięku, j a k z a z n a czono wyżej, otoczone j e s t pasem , w k t ó r y m w y b u c h daje się słyszeć, dalej n a stę p u je p a s ciszy, wreszcie idzie zn o w u stre fa , do k tó re j dźw ięk dochodzi z u p e ł
nie w y ra ź n ie . Istn ien ie p a s a ciszy o b ja śnić się daje ty lk o przypuszczeniem , że droga, po które j dźwięk p rze no si się po
za t e n pas, nie j e s t p ro sta : pro m ienie dźw iękow e j a k b y p r z e s k a k u ją p a s ciszy.
To znów mieć może t r z y różne p r z y c z y
ny: 1) Odbicie—zależy od niego poczęści
n a tę ż e n ie dźwięku; odbicie całko w ite
482 W SZECHSW IAT N k 31 u w a ż a ć m o ż n a za z ja w is k o z a ła m a n ia
i ro z p a try w a ć j e j a k o ta k ie . 2) P r z e n o szenie d ź w ię k u z w i a tr e m — j u ż z g óry nie m ożna p rz y p is y w a ć m u w iększego z n aczenia. Isto tn ie , p o d c z as k ilk u w y b u c h ó w o b s e rw o w a n y c h z ja w is k o za ch o dziło z u p e łn ie je d n a k o w o , mimo z n a c z n y c h różnic p rąd ó w p o w ie trz n y ch ; w s k a zuje to, że w p ł y w w i a t r u j e s t bardzo p o d rzę d n y . 3) W re s z c ie z a ła m a n ie p r o m ieni d ź w ię k o w y c h w po w ie trz u, k tó re s k ła d a się z w a r s t w różnej g ę s to ś c i i t e m p e r a t u r y . N a z a ła m a n iu polega, w e d łu g B ornego, is t o t a ca łe g o z ja w is k a . A tm o sfe rę r o z p a t r y w a ć m o żn a j a k o u k ł a d p ła s k ic h w a r s tw poziom ych. ( S k rz y w ie n ia t y c h w a r s t w z p o w o d u k u lis to śc i zie
mi nie b ie r z e m y pod u w a g ę , g d y ż k r z y w izna p r o m ie n i d źw ięk o w y ch , o k t ó r ą n a m t e r a z chodzi, j e s t b a rd z o w ie lk a w p o r ó w n a n iu z k r z y w iz n ą k u li z ie m skiej; ściślej o p ra c o w u ją c teo ry ę , n ależy w p ro w a d z ić o dp o w ie d n ią po p raw k ę ). T e n u k ła d w a r s t w ro z p a d a się n a dw ie czę
ści. W części dolnej t e m p e r a t u r a s ta le obniża się k u górze; z d a rz a ją się w p r a w dzie w y p a d k i, że w n i e k t ó r y c h w a r s t w a c h t e m p e r a t u r a w z r a s t a k u górze, lecz nie z m ie n ia ją one o b r a z u o gólnego. P o m i j a j ą c n ie z n a c z n y w p ły w p a r y w odnej, p r z y j ą ć m ożem y, że n a całej g ru b o ś c i tej części dolnej s k ła d p r o c e n to w y a tm o s fe r y p o z o s ta je n ie z m ie n n y , i ś re d n i ciężar c z ą stec z k o w y m ie s z a n in y gazów , s k ła d a j ą c y c h p o w ietrze, p o z o s ta je ró w nież bez zm ia n y. N a w y so k o śc i j a k i c h ś 12 km k ońc z y s ię t a część d o ln a a tm o s fe r y i ro zp o czy na się c zęść g ó r n a , izo term icz- na. N ie m a t a m j u ż p io n o w y c h prądów p o w ie trz n y c h , k t ó r e u j e d n o s t a jn i a ł y b y s k ła d p r o c e n t o w y p o w ie trz a , n a le ż y więc oczekiw ać, że w w a r s t w i e tej, w m ia rę o d d a la n ia się od p o w ie rz c h n i ziemi, o s ią g a ją przewra gę lżejsze s k ła d n ik i p o w ie trz a , w s k u t e k czego ś re d n i ciężar c z ą s te c z k o w y s to pniow o z m n ie js z a się ku górze. I s tn ie n ie tej w a r s t w y izoterm icz- nej zo stało s tw ie r d z o n e do w y so k o śc i 30 km; dla u p ro sz c z e n ia r a c h u n k ó w p r z y j m ijm y , że t e m p e r a t u r a i w y żej p o z o s ta je stała.
J a k wiadomo, zjaw isko z a ła m a n ia d ź w ię k u p odlega p r a w u
w s t tpi • w s t (|>2 = ; u 2 ,
gdzie i <|)2 są to k ą ty , tw orzone przez prom ień d ź w ię k ow y w dw u o środkach, oddzielonych pow ierzchn ią łam iącą, oraz n o rm a ln ą do tej p o w ierzchni, u y i u.2 ozna
c zają szybkość d ź w ię k u w tych ośrod
k ach. W zasto so w a n iu do naszeg o p rz y p a d k u możemy, z a m ia s t pow yższego w zo
r u ogólnego, napisać
w s t : w s t <p = « : ,
gdzie <p i Ui oznaczają odpowiednie w iel
kości d la źródła dźw ięku, a <J> i u — dla dowolnego p u n k t u p rom ie n ia dźw ięk o wego. (Zauw ażyć należy, że w z o ry te po zostają w a ż n e i w p rz y p a d k u , g d y dźwięk zostaje u n osz ony z w iatrem ; n a leży ty lk o odnieść zjaw isko całe do u k ł a du w s p ó łrz ę d n y c h , p o ru sz a jąc e g o się z s z y b k o śc ią i w k i e r u n k u w iatru). D a lej n a p is a ć m ożem y z n a n y wzór
w k tó r y m
u = sz y b k o ść dźw ięku w po w ietrzu w p u n k c ie o b s e rw o w a n y m
T = t e m p e r a t u r a a b s o lu tn a pow ie trz a w p u n k c ie o b s e rw o w a n y m
jj. = ś re d n i ciężar c z ąs te c z k o w y p o w ie tr z a w p u n k c ie o b s e rw o w a n y m
% , = odpowiednie w a rto ś c i u źródła dźw ięk u .
Z o s ta tn ic h dw u wzorów o trzym u jem y ; w st ty ; w s t <? = l / J L :
' {«• r N
W w a r s tw ie dolnej, j a k widzieliśm y, śre- dni ciężar c z ą stec z k o w y pozostaje bez zm iany, t e m p e r a t u r a z w yk le obniża się k u górze, a więc, j a k w idać z w zoru osta tn ie g o , odpowiednie <]> staje się coraz m niejsze, t. j. pro m ienie są w k lęsłe k u górze i o p u szczają w a r s tw ę dolną, nie dochodząc do p a sa ciszy.
W w a r s tw ie górnej t e m p e r a t u r a pozo
s ta je s ta ł a = Th , o tr z y m a m y więc wzór n a stę p u jąc y :
w s t 2 ty = w s t 3 <p. . — ,
J - i