Номер 37.20, страница 139 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

Глава 5. Механические колебания и волны. Параграф 37. Звуковые волны - номер 37.20, страница 139.

Условие.

37.20 [н] При сверхзвуковой скорости самолёта звуковые волны отстают от своих источников — двигателей. Кабина пилота расположена перед двигателями. Почему же пилот, находящийся в кабине, слышит их шум?

Решение 4.

Решение 7.

Утверждение о том, что звуковые волны отстают от самолета, справедливо для звука, распространяющегося во внешней среде — в воздухе, через который летит самолет. Поскольку скорость самолета ($v_{самолета}$) превышает скорость звука в воздухе ($c_{воздуха}$), звуковые волны, создаваемые двигателями, не могут его обогнать. Для наблюдателя на земле они формируют ударную волну (конус Маха), и звук будет слышен только после того, как самолет пролетит мимо.

Однако пилот находится не снаружи, а внутри самолета. Двигатели, кабина и пилот являются частью одной и той же системы, движущейся как единое целое. Звук — это механические колебания, которые распространяются в упругой среде. Такой средой может быть не только газ (воздух), но и твердое тело.

Шум работающих двигателей — это интенсивные вибрации. Эти вибрации передаются от двигателей к кабине пилота не через окружающий воздух, а по элементам конструкции самого самолета: фюзеляжу, шпангоутам, обшивке. Скорость распространения звука в твердых телах, особенно в металлах (например, в алюминиевых сплавах, используемых в авиастроении), значительно выше, чем в воздухе. Скорость звука в алюминии составляет примерно $5100-6300$ м/с, в то время как в воздухе при нормальных условиях — около $340$ м/с.

Таким образом, звуковые колебания от двигателей очень быстро и практически без помех достигают кабины, распространяясь по твердому корпусу самолета. Оказавшись в кабине, эти вибрации вызывают колебания воздуха внутри нее, и этот звук уже воспринимается пилотом. Для распространения звука внутри самолета его сверхзвуковая скорость относительно земли не имеет значения.

Ответ: Пилот слышит шум двигателей, так как звуковые колебания от них распространяются не через внешний воздух, а по твердой конструкции (корпусу) самолета. Скорость звука в материалах корпуса намного выше, чем в воздухе, и эти колебания беспрепятственно достигают кабины пилота, который находится в той же системе отсчета, что и двигатели.