Номер 6.8, страница 131 - гдз по физике 11 класс сборник задач Заболотский, Комиссаров

Колебания и волны. Глава 6. Волны. Механические волны - номер 6.8, страница 131.

Условие.

6.8. Слышит ли военный лётчик звук работы реактивного двигателя, если самолёт летит со сверхзвуковой скоростью, а двигатель находится позади пилота?

Решение.

Решение

Для ответа на этот вопрос необходимо рассмотреть два возможных пути распространения звука от двигателя к пилоту: через окружающий воздух и через конструкцию самого самолета.

С одной стороны, когда самолет летит со сверхзвуковой скоростью, его скорость $v_{самолета}$ превышает скорость распространения звука в воздухе $v_{звука}$. Звуковые волны, создаваемые двигателем, распространяются в воздухе во все стороны. Однако самолет вместе с пилотом движется вперед быстрее, чем звуковые волны, направленные в сторону кабины. Таким образом, пилот постоянно "обгоняет" звук собственного двигателя, и звуковые волны, распространяющиеся по воздуху, не могут его догнать. По этой причине услышать звук двигателя, идущий через воздух снаружи самолета, пилот не может.

С другой стороны, звук — это механические колебания, которые могут распространяться и в твердых телах. Корпус самолета, сделанный из металлических сплавов, является отличным проводником звука. Скорость звука в металлах (например, в алюминии она составляет около 6300 м/с) намного превышает не только скорость звука в воздухе (около 340 м/с), но и сверхзвуковую скорость полета самолета (например, скорость в 2 Маха — это примерно 680 м/с). Так как скорость распространения звуковых колебаний в конструкции самолета $v_{звука\_в\_металле}$ значительно больше скорости полета $v_{самолета}$, вибрации от работающего двигателя беспрепятственно передаются по фюзеляжу, доходят до кабины и воспринимаются пилотом как гул и шум.

Ответ: Да, лётчик слышит звук работы двигателя. Хотя самолет движется быстрее звука в воздухе, и звуковые волны от двигателя не могут догнать пилота по воздуху, звук в виде вибраций распространяется по твердому корпусу самолета. Скорость звука в металле значительно превышает скорость полета, поэтому вибрации от двигателя достигают пилота через конструкцию самолета.