Номер 13.2, страница 97 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Механика. Механические колебания и волны. 13. Механические волны. Звук. Упражнения - номер 13.2, страница 97.

Условие.

13.2. Наливая воду в термос, мы слышим звук. Как меняется его тон по мере заполнения термоса?

Решение. Полость термоса можно рассматривать как некий резонатор, который усиливает звуковые частоты, близкие к собственным частотам (резонансные). При заполнении термоса водой шум, издаваемый струей воды, содержит широкий спектр частот, но усилены будут (и услышаны нами) лишь частоты, близкие к собственным частотам резонатора термоса. По мере наполнения термоса длина этого резонатора уменьшается, а значит, уменьшаются и длины резонансных звуковых волн.

Решение.

13.2. Когда мы наливаем воду в термос, воздушный столб над поверхностью воды действует как акустический резонатор (подобно органной трубе, закрытой с одного конца). Шум льющейся воды создает звуковые колебания в широком диапазоне частот, но резонатор усиливает только определенные частоты, которые мы и слышим. Высота звука (тон) определяется его основной частотой.
Основная резонансная частота $f$ столба воздуха длиной $L$, закрытого с одного конца, определяется формулой:
$f = \frac{v}{4L}$
где $v$ — скорость звука в воздухе.
По мере того как термос заполняется водой, уровень воды поднимается, и, следовательно, длина воздушного столба $L$ над ней уменьшается. Из формулы видно, что частота $f$ обратно пропорциональна длине $L$. Таким образом, с уменьшением $L$ частота $f$ увеличивается. Увеличение частоты звука мы воспринимаем как повышение тона.
Ответ: По мере заполнения термоса тон звука становится выше.