Номер 37.18, страница 139 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 37. Звуковые волны. Глава 5. Механические колебания и волны - номер 37.18, страница 139.

37.18 [906] По звуку легко обнаружить в небе летящий самолёт обычного типа и трудно — реактивный. Почему?

Решение

Разница в лёгкости обнаружения по звуку обычного и реактивного самолётов объясняется их скоростью полёта относительно скорости звука в воздухе.

Обычные самолёты, например, винтовые, летают со скоростью, которая значительно меньше скорости звука ($v_{самолёта} \ll c_{звука}$). Скорость звука в воздухе составляет примерно $340$ м/с. Звуковые волны, которые создаёт такой самолёт, распространяются во все стороны и значительно опережают источник звука. Когда звук достигает наблюдателя на земле, самолёт успевает пролететь лишь небольшое расстояние. Поэтому направление, откуда мы слышим звук, почти совпадает с реальным положением самолёта в небе. Это позволяет легко его обнаружить: мы слышим гул, смотрим в его направлении и видим самолёт.

Реактивные самолёты летают с гораздо большими скоростями, которые могут быть близки к скорости звука (высокие дозвуковые скорости) или даже превышать её (сверхзвуковые скорости).

Из-за высокой скорости реактивного самолёта возникает значительная задержка между моментом испускания звука и моментом, когда этот звук достигает наблюдателя. За это время самолёт успевает пролететь большое расстояние. В результате наблюдатель слышит звук из той точки, где самолёт был некоторое время назад, но в момент прихода звука сам самолёт уже находится далеко впереди по своему курсу. Человек смотрит в направлении источника звука, но не видит там самолёта, так как он уже сместился. Это рассогласование между видимым и слышимым положением и делает обнаружение трудным.

Если же реактивный самолёт летит со сверхзвуковой скоростью ($v_{самолёта} > c_{звука}$), он обгоняет создаваемые им же звуковые волны. Наблюдатель на земле услышит звук (в виде характерного хлопка — звукового удара) только после того, как самолёт уже пролетит мимо. В этом случае звук приходит с большим опозданием и со стороны, где самолёта давно нет.

Ответ: Реактивный самолёт трудно обнаружить по звуку, так как он летит с очень высокой скоростью, сопоставимой со скоростью звука. К тому моменту, когда звук от самолёта доходит до наблюдателя на земле, сам самолёт успевает сместиться на значительное расстояние. В итоге звук приходит из одного места, а самолёт в этот момент виден совершенно в другом, что и затрудняет его обнаружение. У более медленных самолётов обычного типа это расхождение между направлением звука и положением самолёта гораздо меньше.