Номер 4, страница 347 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 13. Механические волны. Акустика. Параграф 74. Звуковые волны. Вопросы - номер 4, страница 347.

Условие.

4. Укажите примерные размеры источников, генерирующих инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые волны.

Решение.

Размер источника звуковых волн связан с длиной волны, которую он может эффективно генерировать. Для эффективного излучения звука размер источника $L$ должен быть сопоставим с длиной волны $\lambda$ или превышать её ($L \gtrsim \lambda$). Длина волны, в свою очередь, обратно пропорциональна частоте $f$ и связана со скоростью звука в среде $v$ формулой $\lambda = v/f$. В воздухе скорость звука можно принять равной примерно $340 \text{ м/с}$.

Инфразвуковые волны

Инфразвуком называют звуковые колебания с частотой ниже порога слышимости человека, то есть менее $20 \text{ Гц}$. Длины волн для этого диапазона очень велики. Например, для частоты $20 \text{ Гц}$ длина волны в воздухе составит $\lambda = 340 \text{ м/с} / 20 \text{ Гц} = 17 \text{ м}$. Для более низких частот (например, $1 \text{ Гц}$) длина волны достигает $340 \text{ м}$. Следовательно, источники инфразвука должны быть очень большими. Примерами служат масштабные природные явления (землетрясения, извержения вулканов, сильные штормы) и крупные технические объекты (ветрогенераторы, ракетные двигатели, промышленные установки). Размеры таких источников могут варьироваться от десятков метров до километров.

Ответ: Примерные размеры источников инфразвуковых волн — от десятков метров до километров.

Звуковые волны

К звуковым волнам относят колебания, воспринимаемые человеческим ухом, с частотами в диапазоне от $20 \text{ Гц}$ до $20 \text{ кГц}$ ($20 000 \text{ Гц}$). Соответствующие им длины волн в воздухе лежат в пределах от $\lambda = 340 \text{ м/с} / 20000 \text{ Гц} = 0,017 \text{ м}$ (или $1,7 \text{ см}$) до $17 \text{ м}$. Источники таких волн — это большинство объектов, которые мы встречаем в повседневной жизни: от голосовых связок человека и музыкальных инструментов до динамиков и двигателей автомобилей. Их размеры сопоставимы с этим диапазоном длин волн.

Ответ: Примерные размеры источников звуковых волн — от нескольких сантиметров до нескольких метров.

Ультразвуковые волны

Ультразвук — это звуковые колебания с частотой выше $20 \text{ кГц}$. Длины этих волн очень малы. Уже на нижней границе диапазона ($20 \text{ кГц}$) длина волны составляет всего $1,7 \text{ см}$. В медицинских и промышленных приложениях используются частоты в мегагерцовом диапазоне ($1 \text{ МГц} = 1 000 000 \text{ Гц}$), где длина волны составляет доли миллиметра: $\lambda = 340 \text{ м/с} / 10^6 \text{ Гц} = 0,00034 \text{ м}$ (или $0,34 \text{ мм}$). Для генерации таких коротких волн требуются источники очень малых размеров. В технике это пьезоэлектрические преобразователи, а в природе — звукоизлучающие органы животных, использующих эхолокацию (например, летучих мышей и дельфинов).

Ответ: Примерные размеры источников ультразвуковых волн — от долей миллиметра до нескольких сантиметров.