Поющие пески — почему поют пески

Поющие пески - почему поют пески

         Содержание

     Поющие пески

     Исследование поющих песков

 

     « — Когда боги смеются, берегись! — предостерегающе воскликнул старик.

     Он начертил пальцем круг на песке, и, пока он чертил, песок выл и визжал; затем старик опустился на колени, — песок взревел и затрубил.

     Пеон, по примеру отца, тоже вступил в грохочущий круг, внутри которого старик указательным пальцем выводил какие-то каббалистические фигуры и знаки (…)

   — Вздор! — возразил Генри и пошевелил песок ногой; послышался рев.

   — Это поющий песок. Мне довелось видеть такой на Кауайе, одном из Гавайских островов, — дивное место для туристов, уверяю вас. Только здесь песок лучше и куда голосистее.

   — Ученые придумали десяток мудреных теорий, объясняющих это явление. Я слышал, что оно наблюдается и в других местах земного шара. В таких случаях нужно брать в руку компас и следуя ему, пересекать пески. Эти пески хоть и лают, но, к счастью, не кусаются».

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

Поющие пески

     Так красочно описывал поющие пески Джек Лондон в 1919 году в романе «Сердца трех». Однако герой романа Генри Морган не вполне прав: хотя поющие пески действительно встречаются в разных местах земного шара, теорий, объясняющих этот феномен, не так уж много, хотя поющие пески были впервые описаны еще в середине XIX века.

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

     Поющие пески встречаются гораздо чаще, чем это может показаться на первый взгляд. Например, мне они встречались на северном берегу Чудского озера и на берегу Оки близ Серпухова.

     Правда, эффект был не таким сильным, как в романе Джека Лондона, но впечатление он производит: песок издает ровный певучий звук, если проводить по нему палкой или рукой.

     Интересно, что на Чудском озере песок переставал звучать на определенном расстоянии от воды, причем границей между поющим и немым песком служила гряда мелкого мусора, выброшенного волнами из озера.

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

Исследование поющих песков

     Исследованию поющих песков посвящен ряд научных работ, в которых это явление изучалось экспериментально и теоретически; например, в «The Journal of the Acoustical Society of America» опубликованы две обстоятельные статьи японского физика Х. Такахары, исследовавшего поющие пески, обнаруженные в префектуре Киото.

     Звук, издаваемый песком, он регистрировал с помощью микрофона, связанного с осциллографом, и затем анализировал осциллограммы. Вот основные результаты его исследований.

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

     Во-первых, звук, издаваемый песком, постепенно угасает: песок как бы устает и теряет голос; но замолчавший песок можно вновь оживить, прокипятив его с водой или растворами соляной или плавиковой кислот, а затем высушив, оберегая от сотрясений.

     Во-вторых, разные образцы поющих песков, возбуждаемых различными способами, издают звук с примерно одинаковой частотой, лежащей в области 500 Гц (рис. 1); такой песок состоит из частичек примерно одинаковых размеров и довольно правильной формы.

рис. 1.

Форма звуковых колебаний поющего песка по результатам опытов Х. Такахары. Частота основного тона — около 490 Гц.

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

     В-третьих, звук, похожий на звучание поющих песков, издают и мелкие стеклянные шарики, имеющие примерно те же размеры, что и частички поющего песка, а также близкие ему по химическому составу.

     Как можно объяснить все эти явления? Песок можно уподобить очень вязкой жидкости, в которой скорости частичек плавно изменяются от нуля в глубине до величины V, с которой перемещается (например, рукой) поверхностный слой.

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

     При этом каждая из песчинок перемещается относительно соседней песчинки, расположенной ниже или выше, с малой скоростью, даже если скорость песка на поверхности V велика.

     Чтобы понять, как рождается звук, достаточно рассмотреть всего две частички, движущиеся относительно друг друга. Для пары стекло — стекло зависимость коэффициента трения μ от скорости v имеет вид, изображенный на рис. 2.

рис. 2.

Зависимость коэффициента трения от скорости движения двух тел при наличии участка «отрицательного трения».

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

     Обратим внимание на то, что на этой кривой есть своеобразный участок (от v1 до v2), когда с ростом скорости коэффициент трения убывает. Специалисты называют такой случай «отрицательным трением», потому что производная μ по v здесь отрицательна, хотя сама по себе сила трения, конечно, везде положительна.

     Если записать сумму всех сил, действующих на песчинку, и решить уравнение относительно координаты, то получится результат, который предусматривается теорией колебаний.

     А именно: оказывается, что в такой системе могут возникать устойчивые автоколебания, называемые так потому, что они обеспечиваются наличием в системе обратной связи.

     Примером таких автоколебаний могут служить звуки, издаваемые стеклом, по которому проводят лезвием ножа или мокрым пальцем; каждый, кто знаком этим явлением, знает, что звук возникает лишь при определенной скорости движения ножа или пальца, когда и соблюдаются условия, необходимые для возникновения автоколебаний.

     Поскольку частота автоколебаний зависит, помимо скорости, только от упругих свойств тела и коэффициента трения, можно подозревать, что если взять два любых стеклянных тела и тереть их друг о друга с определенной скоростью, то возникнут автоколебания с периодом, близким периоду звуковых колебаний, генерируемых поющим песком.

     Ставим простой эксперимент: берем две бутылки из-под молока и с помощью несложного приспособления начинаем тереть их друг о друга (рис. 3).

рис. 3.

Схема эксперимента автора по генерации звука двумя трущимися бутылками.

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

     При этом возникает характерный звук, частота которого мало зависит от скорости и составляет около 400 Гц (рис. 4).

     Но может быть, все дело не в автоколебаниях, а в том, что бутылки просто звенят, как колокольчики?

     Проверяем частоту собственных колебаний бутылок, ударяя по ним молоточком, — в этом случае звук имеет частоту около 3 кГц.

     То, что на возникновении звука не сказываются резонансные свойства бутылок, подтверждается тем, что результаты оказываются прежними и в том случае, если для опытов используются бутылки, заполненные водой. Аналогичные результаты дают и другие стеклянные тела.

рис. 4.

Форма звуковых колебаний, генерируемых трущимися бутылками. Частота основного тона — около 400 Гц.

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

     Интересно, что в ходе опыта с бутылками звук постепенно ослабевает, так как их поверхность становится шероховатой. То же самое, как отмечалось, происходит и с поющим песком при лабораторных экспериментах.

     В природе же прибой полирует песчинки и сортирует их по размерам именно поэтому поющими свойствами обладает лишь узкая полоска сухого песка у берега.

Поющие пески - почему поют пески
Поющие пески — почему поют пески

     Там же, где песок влажный, а также там, куда вообще никогда не докатываются волны (как в зоне за полоской мелкого мусора на берегу Чудского озера), песок безмолвен.

     Итак, расчеты и опыты свидетельствуют о том, что музыкальный звук, издаваемый поющим песком, обусловлен автоколебаниями, возникающими при трении песчинок.

                                                                                  Русаков С. А.

Видео: Загадка поющие пески, миражи и сокровища

Шум и звук — древние источники ультразвука и борьба с инфекциями

Предсказания и предвидение – наука и предвидение

Очевидец и свидетель – мысленные образы и показания очевидцев

Феномены гор — серый человек — черный альпинист – Эльбрусская дева

Миражи – причины миражей и свидетельства очевидцев

 

You May Also Like