Андрей Варламов - Физика повседневности. От мыльных пузырей до квантовых технологий

Итак, в рассматриваемом случае трение приводит к усилению смещения от положения равновесия: равновесие струны оказывается неустойчивым! Этот механизм необычен. Заметим, что усиление амплитуды колебаний струны трением происходит лишь до определенного предела. В тот момент, когда скорость струны сравнивается со скоростью смычка, их относительная скорость становится нулевой и динамическое трение сменяется статическим.

До сих пор мы предполагали, что единственными силами, действующими на скрипичную струну, являются трение смычка и сила натяжения. Очевидно, что имеются и другие силы, например сила сопротивления воздуха. Поскольку скрипка возбуждает звуковые волны, то последняя, разумеется, стремится ослабить вибрацию струн. Тем не менее соответствующая сила относительно мала по сравнению с теми, которые мы уже рассмотрели выше. Вызванные ею небольшие изменения можно принять в расчет, но едва ли они существенно повлияют на полученные нами результаты.

7. Значение динамической силы трения между смычком и скрипичной струной в зависимости от их относительной скорости (эта относительная скорость u = v 0 – v – это разница между скоростью v струны и скоростью v 0 смычка по отношению к скрипке). Красная прямая соответствует закону Амонтона – Кулона, которому подчиняется большинство твердых тел. Нарушение этого закона позволяет скрипке издавать звук

Силы трения вызывают и другие удивительные эффекты, например обратное движение бильярдного шара (см. главу 11, врезку «Трюки и хитрости бильярдиста»). Учет законов трения имеет важное значение для решения многих промышленных задач. Так, например, при токарной обработке металла (илл. 9) в лезвии обтачивающего заготовку инструмента может возникнуть нежелательная вибрация. Она вызвана трением между резцом и скользящей по его поверхности металлической стружкой. Величина силы трения при этом иногда резко меняется, что и вызывает вибрацию. Ее можно избежать, придав лезвию подходящую форму.

8. Канифоль изготавливается из сосновой смолы. Она продается для скрипачей в виде цельного блока. Также ее в виде порошка для улучшения сцепления используют спортсмены-альпинисты

Во многих системах, таких как двигатели внутреннего сгорания, для замедления износа деталей желательно снизить трение между ними. Для этого прямого контакта между поршнем и цилиндром избегают посредством смазки трущихся поверхностей маслом. В этом случае сила трения оказывается пропорциональной относительной скорости между жидкостью и деталью (по крайней мере, если она не очень мала) (см. главу 15, врезку «Движение пузырьков и турбулентность»).

9. Эффект трения. Вибрация лезвия (слева), вызванная трением о заготовку при обточке металлической детали (справа), может быть устранена путем правильного выбора угла θ и придания лезвию подходящей формы

Как упоминалось ранее, длина и натяжение струны определяют высоту порождаемой ею ноты. Вот только сама струна не может производить звук достаточной интенсивности: его усиление есть функция резонаторного ящика скрипки. При этом основным источником звука является вибрация его деревянных стенок.

Что означает термин «резонанс»? В физике так называют резкое увеличение амплитуды колебаний некоторой системы при совпадении частоты внешнего воздействия с определенной, характерной для данной системы частотой.

Очень простой пример явления резонанса представляет собой питаемый от генератора переменного напряжения электрический контур, состоящий из резистора, конденсатора и индукционной катушки (илл. 10). В зависимости от частоты генератора сила тока, проходящего через цепь, может изменяться от ничтожной до весьма значительной. Роль такой цепи заключается в фильтрации сигнала четко определенной частоты, поэтому ее качество характеризуется добротностью Q , которая определяется как отношение f /Δ f величины резонансной частоты к ширине резонансного пика. Для радиопередатчика или приемника желательно иметь настолько узкий резонанс, чтобы он излучал или принимал радиоволны на четко определенной частоте, не перекрывающейся с другими передачами.