Номер 14, страница 190 - гдз по физике 10 класс учебник часть 1 Генденштейн, Дик

Механика. Глава 4. Механические колебания и волны. Параграф 23. Механические волны. Звук - номер 14, страница 190.

Условие.

14. Объясните, почему гром слышен после молнии.

Решение.

Решение

Молния и гром — это, соответственно, световое и звуковое явления, которые возникают одновременно в результате мощного электрического разряда в атмосфере. Причина, по которой мы сначала видим молнию, а только потом слышим гром, заключается в огромной разнице между скоростью распространения света и скоростью распространения звука.

1. Скорость света. Свет распространяется с колоссальной скоростью. Скорость света в вакууме ($\text{c}$) составляет приблизительно $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с, или $300 \ 000$ км/с. В воздухе эта скорость лишь незначительно меньше. Поэтому свет от вспышки молнии достигает глаз наблюдателя практически мгновенно, независимо от расстояния до грозы.

2. Скорость звука. Звук представляет собой механическую волну, которая распространяется в среде (в данном случае, в воздухе) значительно медленнее. Скорость звука в воздухе ($v_{звука}$) зависит от температуры и влажности, но при нормальных условиях составляет примерно $343$ м/с. Это почти в миллион раз медленнее скорости света.

Из-за этой разницы в скоростях, звуковая волна от грома доходит до нашего уха со значительной задержкой по сравнению со световой вспышкой. Чем дальше от нас происходит разряд молнии, тем больше будет эта временная задержка.

Например, если гроза находится на расстоянии $S = 1$ км ($1000$ м), то:

Время прихода света: $t_{света} = \frac{S}{c} = \frac{1000 \text{ м}}{300 \ 000 \ 000 \text{ м/с}} \approx 0,0000033 \text{ с}$ (практически мгновенно).

Время прихода звука: $t_{звука} = \frac{S}{v_{звука}} = \frac{1000 \text{ м}}{343 \text{ м/с}} \approx 2,9 \text{ с}$.

Таким образом, мы услышим гром почти через 3 секунды после того, как увидим вспышку молнии.

Ответ: Гром слышен после молнии, потому что скорость света, который мы воспринимаем как вспышку молнии, намного (почти в миллион раз) больше скорости звука, который мы слышим как гром. Вследствие этого свет от разряда доходит до наблюдателя практически мгновенно, а звуку требуется заметное время, чтобы преодолеть то же расстояние.