Номер 55, страница 99 - гдз по физике 10-11 класс задачник Гельфгат, Генденштейн

Авторы: Гельфгат И. М., Генденштейн Л. Э., Кирик Л. А.
Тип: Задачник
Издательство: Илекса
Год издания: 2008 - 2025
Уровень обучения: профильный
Цвет обложки: красный лупа, парень едет на велосипеде
ISBN: 978-5-89237-252-7
Популярные ГДЗ в 10 классе
Олимпиадные задачи. 13. Механические волны. Звук. Механические колебания и волны. Механика - номер 55, страница 99.
№55 (с. 99)
Условие. №55 (с. 99)
скриншот условия

O-55. Пуля летит со скоростью $\text{u}$, превышающей скорость звука $\text{v}$. Какую форму имеет фронт ударной волны, возникающей в воздухе при полете пули?
☑ Форму конической поверхности с углом при вершине $2\arcsin \frac{v}{u}$.
Решение. Фронт ударной волны представляет собой огибающую сферических волн, испущенных пулей в каждый из предшествующих моментов времени. Докажем, что этот фронт представляет собой коническую поверхность. Пусть пуля находится в точке A (см. рис. а). Рассмотрим звуковую волну, испущенную пулей в точке B и, следовательно, имеющую «возраст» $\Delta t = AB/u$. Волновая поверхность этой волны — сфера радиусом $R = v \cdot \Delta t$. Построим конус с вершиной в точке A, касающийся этой сферы. Угол $\alpha$ между образующей конуса и его осью находим из соотношения $\sin \alpha = R/AB = v/u$. Этот угол не зависит от длины отрезка $AB$, поэтому построенный конус касается всех волновых поверхностей звуковых волн, испущенных пулей до ее «прихода» в точку A. Таким образом, этот конус (его называют звуковым) является огибающей поверхностью всех сферических волн, т. е. фронтом ударной волны (см. рис. б).
Рис. а
Рис. б
Решение. №55 (с. 99)
Дано:
Скорость пули: $u$
Скорость звука: $v$
Условие: $u > v$
Найти:
Форму фронта ударной волны и угол при вершине.
Решение:
Когда объект, например пуля, движется со скоростью, превышающей скорость звука в среде, он создает ударную волну. Фронт этой волны представляет собой огибающую поверхность для всех сферических звуковых волн, которые пуля испускала в предыдущие моменты времени на своем пути.
Представим, что в текущий момент времени $t$ пуля находится в точке А. В некий предыдущий момент времени $t - \Delta t$ пуля находилась в точке B. За время $\Delta t$ пуля пролетела расстояние, равное:
$AB = u \cdot \Delta t$
Звуковая волна, испущенная из точки B, за это же время $\Delta t$ распространилась во все стороны, образовав сферу. Радиус этой сферы равен:
$R = v \cdot \Delta t$
Фронт ударной волны в момент времени $t$ будет касаться этой сферической волны. Поскольку это справедливо для любой точки B на траектории пули, огибающая поверхность всех этих сфер будет иметь форму конуса с вершиной в точке A (текущем положении пули). Этот конус известен как конус Маха.
Рассмотрим прямоугольный треугольник, образованный вершиной конуса А, центром сферической волны B и точкой касания конуса и сферы. В этом треугольнике гипотенузой является отрезок AB, а катетом, противолежащим углу $\alpha$ (половинному углу при вершине конуса), является радиус R.
Тогда синус угла $\alpha$ можно выразить как отношение противолежащего катета к гипотенузе:
$\sin(\alpha) = \frac{R}{AB}$
Подставим выражения для R и AB:
$\sin(\alpha) = \frac{v \cdot \Delta t}{u \cdot \Delta t} = \frac{v}{u}$
Отсюда можно найти половинный угол при вершине конуса:
$\alpha = \arcsin\left(\frac{v}{u}\right)$
Полный угол при вершине конического фронта ударной волны будет равен $2\alpha$.
Таким образом, фронт ударной волны имеет форму конуса с углом при вершине $2 \arcsin\left(\frac{v}{u}\right)$.
Ответ: Фронт ударной волны имеет форму конической поверхности с углом при вершине $2 \arcsin\left(\frac{v}{u}\right)$.
Другие задания:
Помогло решение? Оставьте отзыв в комментариях ниже.
Присоединяйтесь к Телеграм-группе @top_gdz
ПрисоединитьсяМы подготовили для вас ответ c подробным объяснением домашего задания по физике за 10-11 класс, для упражнения номер 55 расположенного на странице 99 к задачнику 2008 года издания для учащихся школ и гимназий.
Теперь на нашем сайте ГДЗ.ТОП вы всегда легко и бесплатно найдёте условие с правильным ответом на вопрос «Как решить ДЗ» и «Как сделать» задание по физике к упражнению №55 (с. 99), авторов: Гельфгат (Илья Маркович), Генденштейн (Лев Элевич), Кирик (Леонид Анатольевич), профильный уровень обучения учебного пособия издательства Илекса.