Номер 2, страница 354 - гдз по физике 10 класс учебник Касьянов

Молекулярная физика. 13. Механические волны. Акустика. Параграф 75. Высота звука. Эффект Доплера. Вопросы - номер 2, страница 354.

Условие.

2. Какой физический эффект называют эффектом Доплера?

Решение.

1. Чем определяется высота звука?

Высота звука — это характеристика слухового ощущения, позволяющая человеку классифицировать звуки как "высокие" или "низкие". С физической точки зрения, высота звука определяется в первую очередь частотой звуковой волны, то есть количеством колебаний в секунду.

Связь между частотой и высотой звука прямая:

• Чем выше частота колебаний, тем выше воспринимается звук. Например, писк комара имеет высокую частоту.
• Чем ниже частота колебаний, тем ниже воспринимается звук. Например, гул двигателя имеет низкую частоту.

Частота измеряется в герцах (Гц). Один герц ($1 \text{ Гц}$) соответствует одному колебанию в секунду. Человеческое ухо в среднем способно воспринимать звуковые колебания в диапазоне от 20 Гц до 20 000 Гц. Звуки с частотой ниже 20 Гц называют инфразвуком, а выше 20 000 Гц — ультразвуком.

Ответ: Высота звука определяется частотой колебаний звуковой волны. Чем выше частота, тем выше звук, и наоборот.

2. Какой физический эффект называют эффектом Доплера?

Эффектом Доплера называют явление изменения частоты и длины волны, которое регистрирует наблюдатель (приёмник), когда источник волн и наблюдатель движутся относительно друг друга. Этот эффект был впервые описан австрийским физиком Кристианом Доплером в 1842 году и применим к любым типам волн, как звуковым, так и электромагнитным (например, свету).

Суть эффекта заключается в следующем:

• Если источник волн и наблюдатель сближаются, наблюдатель регистрирует более высокую частоту (и более короткую длину волны), чем та, которую испускает источник. Для звука это означает, что тон будет казаться выше.
• Если источник волн и наблюдатель удаляются друг от друга, наблюдатель регистрирует более низкую частоту (и более длинную длину волны). Для звука это означает, что тон будет казаться ниже.

Классическим примером является звук сирены машины скорой помощи: когда она приближается, её сирена звучит на более высокой ноте, а когда проезжает мимо и удаляется — на более низкой.

Математически для звуковых волн в среде это выражается общей формулой:

$f' = f \left( \frac{v \pm v_o}{v \mp v_s} \right)$

где $f'$ — воспринимаемая частота, $f$ — частота источника, $v$ — скорость распространения волн в среде, $v_o$ — скорость наблюдателя, $v_s$ — скорость источника. Верхние знаки ($+$ в числителе, $-$ в знаменателе) используются при сближении, а нижние ($-$ в числителе, $+$ в знаменателе) — при удалении.

Эффект Доплера имеет множество применений: в астрономии для определения скорости галактик (красное смещение), в медицине для измерения скорости кровотока (доплерография), в метеорологии (доплеровские радары) и в полицейских радарах для измерения скорости автомобилей.

Ответ: Эффект Доплера — это изменение частоты и длины волны, регистрируемое наблюдателем, вследствие относительного движения источника волн и наблюдателя.