Номер 37.24, страница 139 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

§ 37. Звуковые волны. Глава 5. Механические колебания и волны - номер 37.24, страница 139.

37.24 [Д. 124] Почему при одинаковой температуре воздуха громкость звучания колокольчика на уровне моря больше, чем высоко в горах?

Громкость звука, воспринимаемая нашим ухом, напрямую связана с интенсивностью звуковой волны, которая, в свою очередь, зависит от амплитуды колебаний давления в среде. Звук представляет собой механическую волну, распространяющуюся за счет колебаний частиц среды, в данном случае — воздуха.

Основное различие между воздухом на уровне моря и высоко в горах заключается в его плотности. При одинаковой температуре, согласно барометрической формуле, давление и плотность воздуха с высотой уменьшаются. Таким образом, на уровне моря воздух значительно плотнее, чем в горах.

1. Передача энергии от источника к среде. Колокольчик, совершая колебания, передает свою энергию окружающим молекулам воздуха, создавая области сжатия и разрежения — звуковую волну. В плотном воздухе (на уровне моря) поверхность колокольчика при каждом колебании сталкивается с большим количеством молекул. Это приводит к более эффективной передаче энергии от колокольчика к воздуху. В результате создается звуковая волна с большей амплитудой колебаний давления.

2. Акустическое сопротивление среды. Физически эффективность передачи звука описывается через акустическое сопротивление (импеданс) среды $Z$. Оно определяется как произведение плотности среды $\rho$ на скорость звука в ней $v$: $Z = \rho \cdot v$ Интенсивность звука, излучаемого источником, пропорциональна акустическому сопротивлению среды.

В условии задачи сказано, что температура воздуха одинакова. Скорость звука в газе зависит в основном от температуры, поэтому можно считать, что скорость звука $v$ на уровне моря и в горах примерно одинакова. Однако плотность воздуха $\rho$ на уровне моря значительно выше, чем в горах. Следовательно, акустическое сопротивление воздуха на уровне моря больше, чем в горах.

Из-за большего акустического сопротивления плотный воздух на уровне моря «забирает» у колеблющегося колокольчика больше энергии, превращая ее в более интенсивную звуковую волну. В разреженном воздухе гор передача энергии менее эффективна, что приводит к созданию звуковой волны меньшей интенсивности и, соответственно, меньшей громкости.

Ответ: Громкость звучания колокольчика на уровне моря больше, потому что воздух там плотнее. Более плотная среда обладает большим акустическим сопротивлением, что позволяет ей более эффективно отбирать энергию у колеблющегося источника звука и преобразовывать ее в звуковую волну большей интенсивности.