Ответьте на вопросы, страница 61 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Ответьте на вопросы

1. Почему в открытом пространстве громкость звука от одного и того же источника меньше, чем в комнате?

2. Почему звуковые волны не распространяются на большие расстояния?

1. Почему в открытом пространстве громкость звука от одного и того же источника меньше, чем в комнате?
Громкость звука зависит от интенсивности звуковой волны, которая достигает уха слушателя. В открытом пространстве звуковые волны от источника распространяются во все стороны, и их энергия распределяется по поверхности сферы, площадь которой постоянно увеличивается с расстоянием. В результате слушатель воспринимает в основном только прямую звуковую волну, и ее интенсивность быстро ослабевает по мере удаления от источника.
В замкнутом пространстве, таком как комната, ситуация иная. Кроме прямой волны, до ушей слушателя доходят многочисленные отраженные волны от стен, потолка, пола и предметов интерьера. Это явление называется реверберацией. Отраженные звуковые волны, складываясь с прямой волной, значительно увеличивают общую звуковую энергию в любой точке комнаты. Таким образом, энергия звука как бы концентрируется в ограниченном объеме, что приводит к большей интенсивности и, соответственно, большей воспринимаемой громкости по сравнению с открытым пространством на том же расстоянии от источника.

Ответ: В комнате к прямому звуку добавляются его многократные отражения от поверхностей (стен, потолка, пола), что суммарно увеличивает интенсивность звуковой волны и воспринимаемую громкость. В открытом пространстве эти отражения отсутствуют, и звук ослабевает значительно быстрее.

2. Почему звуковые волны не распространяются на большие расстояния?
Звуковые волны представляют собой механические колебания, распространяющиеся в упругой среде (например, в воздухе). По мере распространения их энергия уменьшается, и они затухают по нескольким причинам:
1. Геометрическое расхождение (ослабление с расстоянием): Это основной фактор. Энергия, излучаемая источником, распределяется по все большей площади. Для точечного источника в однородном пространстве звук распространяется сферически, и площадь фронта волны растет пропорционально квадрату расстояния ($\text{r}$). Интенсивность звука ($\text{I}$), то есть мощность на единицу площади, убывает обратно пропорционально квадрату расстояния от источника: $I \sim 1/r^2$. Из-за этого громкость быстро падает.
2. Поглощение средой: Часть энергии звуковой волны при распространении переходит во внутреннюю энергию (тепло) среды из-за вязкости и теплопроводности. Этот процесс называется поглощением. Эффективность поглощения зависит от свойств среды (например, влажности воздуха) и от частоты звука — высокочастотные звуки поглощаются значительно сильнее, чем низкочастотные.
3. Рассеяние и рефракция: Звуковые волны могут рассеиваться на различных препятствиях (здания, деревья) и неоднородностях среды (например, турбулентные потоки воздуха). Также они могут изменять направление своего движения (рефрагировать) при прохождении через слои воздуха с разной температурой или при наличии ветра. Эти эффекты приводят к тому, что звуковая энергия отклоняется от прямолинейного пути, что также способствует ее ослаблению в заданном направлении.
В результате совокупного действия этих факторов интенсивность звуковой волны падает, и на некотором расстоянии она становится ниже порога слышимости человеческого уха.

Ответ: Звуковые волны не распространяются на большие расстояния, так как их энергия ослабевает из-за распределения по все большей площади (интенсивность падает с квадратом расстояния), поглощения средой (превращения в тепло) и рассеяния на неоднородностях и препятствиях.