Страница 138 - гдз по физике 7-9 класс сборник задач Лукашик, Иванова

37.1 [898] Почему, изменяя натяжение струны, можно изменять высоту тона музыкального инструмента?

37.1 [898]

Высота тона звука, который мы слышим, определяется частотой звуковых колебаний. Для струнных музыкальных инструментов источником этих колебаний является вибрирующая струна. Чем выше частота колебаний струны, тем выше мы воспринимаем тон звука.

Частота собственных колебаний струны зависит от ее физических параметров: длины, линейной плотности (массы на единицу длины) и силы натяжения. Скорость распространения поперечной волны $v$ в струне определяется по формуле:

$v = \sqrt{\frac{T}{\mu}}$

где $T$ — сила натяжения струны, а $\mu$ — ее линейная плотность.

Основная частота колебаний $\nu$ струны длиной $L$, закрепленной на двух концах, связана со скоростью волны соотношением:

$\nu = \frac{v}{2L}$

Объединив эти две формулы, мы получим выражение для частоты колебаний струны, которое показывает ее зависимость от натяжения:

$\nu = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$

Из этой формулы видно, что частота колебаний $\nu$ прямо пропорциональна квадратному корню из силы натяжения $T$. Следовательно, увеличивая натяжение струны, мы увеличиваем частоту ее колебаний, что приводит к повышению тона. Уменьшая натяжение, мы понижаем частоту и, соответственно, тон. Именно этот принцип используется при настройке гитар, скрипок, фортепиано и других струнных инструментов.

Ответ: Высота тона напрямую зависит от частоты колебаний струны. Частота колебаний, в свою очередь, увеличивается с ростом силы натяжения струны ( $\nu \propto \sqrt{T}$ ). Поэтому, изменяя натяжение, можно изменять частоту и, как следствие, высоту тона.

37.2 [899] Почему струны, предназначенные для создания низких звуков (басовые), оплетают спиралью из проволоки?

Решение

Частота основного тона, издаваемого струной, зависит от ее физических характеристик: длины, силы натяжения и линейной плотности. Эта зависимость описывается формулой для основной частоты колебаний натянутой струны:

$\nu = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$

В этой формуле $\nu$ – это частота колебаний, которая определяет высоту звука (чем ниже частота, тем ниже звук); $L$ – это длина колеблющейся части струны; $T$ – сила натяжения; $\mu$ – линейная плотность, то есть масса, приходящаяся на единицу длины струны ($\mu = m/L$).

Для того чтобы получить низкий звук (басовый), необходимо уменьшить частоту $\nu$. Анализируя формулу, мы видим три способа добиться этого: увеличить длину струны $L$, уменьшить ее натяжение $T$ или увеличить ее линейную плотность $\mu$.

Рассмотрим эти способы в контексте музыкального инструмента:

1. Увеличение длины $L$. Этот метод используется (например, басовые струны рояля длиннее остальных), но он ограничен габаритами инструмента. Сделать гитару или скрипку значительно длиннее непрактично.

2. Уменьшение натяжения $T$. Этот способ непригоден, так как сильно ослабленная струна звучит глухо, «вяло» и невыразительно. Для качественного, яркого звука требуется достаточно сильное натяжение.

3. Увеличение линейной плотности $\mu$. Это наиболее практичный и эффективный способ. Увеличивая массу струны при сохранении ее длины и натяжения, мы понижаем частоту ее колебаний.

Оплетка струны спиралью из проволоки — это технологический прием, который позволяет значительно увеличить ее массу и, соответственно, линейную плотность $\mu$. Использование толстой цельной проволоки сделало бы струну слишком жесткой, что отрицательно сказалось бы на качестве звука (он был бы бедным обертонами). Оплетка же вокруг тонкого и гибкого сердечника позволяет добиться необходимой массы, сохраняя при этом достаточную гибкость для полноценных колебаний и богатого тембра.

Ответ: Струны для низких звуков оплетают спиралью из проволоки для того, чтобы увеличить их линейную плотность (массу на единицу длины). Согласно формуле частоты колебаний струны, увеличение линейной плотности приводит к понижению частоты звука при сохранении той же длины и силы натяжения. Этот метод позволяет получать низкие звуки на струнах приемлемой длины и гибкости, сохраняя при этом высокое качество звучания.

37.3 [900] Крупный дождь можно отличить от мелкого по более громкому звуку, возникающему при ударах капель о крышу. На чём основана такая возможность?

37.3 [900]

Решение

Возможность отличать крупный дождь от мелкого по звуку основана на разнице в кинетической энергии, которой обладают капли разного размера при ударе о поверхность. Громкость звука напрямую связана с энергией, которая высвобождается при ударе и преобразуется в энергию звуковых колебаний.

Рассмотрим физические факторы, влияющие на эту энергию:

1. Масса капли ($m$). Крупные капли имеют значительно большую массу, чем мелкие. Если принять каплю за шар, её масса пропорциональна объёму, а объём — кубу радиуса ($m \propto r^3$). Например, увеличение радиуса капли в 2 раза увеличивает её массу в $2^3 = 8$ раз.

2. Скорость падения ($v$). При падении в воздухе на каплю действуют две основные силы: сила тяжести, направленная вниз, и сила сопротивления воздуха, направленная вверх. С увеличением скорости падения сила сопротивления воздуха растёт. В определённый момент она уравновешивает силу тяжести, и капля перестаёт ускоряться, продолжая падать с постоянной, так называемой установившейся (или терминальной) скоростью. Сила тяжести пропорциональна массе ($ \propto r^3 $), а сила сопротивления воздуха — площади поперечного сечения капли ($ \propto r^2 $) и квадрату скорости. Чтобы большая сила тяжести крупной капли была уравновешена, требуется большая сила сопротивления, а значит, и большая скорость падения. Таким образом, крупные капли падают быстрее мелких.

Кинетическая энергия капли непосредственно перед ударом о крышу равна $E_k = \frac{1}{2}mv^2$. Поскольку у крупных капель больше и масса $m$, и скорость падения $v$, их кинетическая энергия оказывается значительно больше, чем у мелких капель.

При ударе эта кинетическая энергия преобразуется в другие виды энергии, в том числе в энергию звуковых волн. Чем больше была кинетическая энергия капли, тем больше энергии перейдёт в звук, создавая звуковую волну с большей амплитудой, что мы и воспринимаем как более громкий звук.

Ответ: Крупные дождевые капли обладают большей массой и падают с большей скоростью, чем мелкие. Вследствие этого их кинетическая энергия ($E_k = \frac{1}{2}mv^2$) при ударе о крышу значительно выше. При столкновении большая часть этой энергии преобразуется в энергию звуковой волны, что и создаёт более громкий звук.

37.4 [901] Стук получается более громким, если стучать в дверь, а не в стену, с одинаковой силой. Почему это происходит?

37.4 [901]

Громкость звука, который мы слышим, зависит от амплитуды звуковой волны, а та, в свою очередь, определяется амплитудой колебаний источника звука. В данном случае источником звука является колеблющаяся дверь или стена.

Рассмотрим этот процесс с точки зрения физики:

1. Масса и инертность. Стена является частью капитальной конструкции здания, она очень массивная и жесткая. Дверь, напротив, представляет собой относительно легкую панель, закрепленную в проеме лишь на петлях. Согласно второму закону Ньютона, ускорение, получаемое телом, обратно пропорционально его массе при одинаковой приложенной силе ($a = F/m$). Поскольку масса двери ($m_{двери}$) многократно меньше массы стены ($m_{стены}$), при одинаковой силе стука $F$ дверь приобретает значительно большее ускорение и, соответственно, начинает колебаться с гораздо большей амплитудой.

2. Излучение звука. Дверное полотно, будучи большой и плоской панелью, способно колебаться как единое целое, подобно мембране динамика или деке музыкального инструмента (например, гитары). Такие колебания всей поверхностью очень эффективно передаются окружающему воздуху, создавая интенсивную (громкую) звуковую волну. Массивная стена от такого же удара практически не колеблется как единое целое. Колебания в ней локализованы, имеют малую амплитуду и быстро затухают, рассеиваясь в большом объеме материала. Поэтому стена является плохим излучателем звука.

Таким образом, при стуке в дверь гораздо большая доля энергии удара преобразуется в энергию звуковых волн, что и воспринимается как более громкий звук.

Ответ: Стук в дверь громче, так как дверь имеет значительно меньшую массу, чем стена. При одинаковой силе удара легкая дверь начинает колебаться с большей амплитудой. Кроме того, дверь, как цельная панель, является эффективным излучателем звука, в отличие от массивной стены, в которой колебания быстро затухают.

37.5 [н] Один и тот же источник звука пожилой человек и молодой слышат по-разному. Различны ли для них сила (интенсивность) и громкость звука?

Для ответа на этот вопрос необходимо различать физическую характеристику звука (силу или интенсивность) и физиологическую характеристику (громкость).

Сила (интенсивность) звука

Сила звука, или интенсивность, — это объективная физическая величина. Она определяется энергией, которую звуковая волна переносит через единицу площади поверхности, перпендикулярной направлению распространения волны, за единицу времени. Интенсивность измеряется в ваттах на квадратный метр ($W/m^2$).
Поскольку в задаче указан один и тот же источник звука, и можно предположить, что пожилой и молодой человек находятся на одинаковом расстоянии от него, то интенсивность звуковой волны, достигающей их ушей, будет абсолютно одинаковой. Эта характеристика зависит только от источника и среды распространения, а не от слушателя.

Ответ: Сила (интенсивность) звука для пожилого и молодого человека одинакова.

Громкость звука

Громкость — это субъективное ощущение, которое зависит от восприятия звука слуховым аппаратом конкретного человека. Громкость зависит не только от интенсивности звука, но и от его частоты, а также от индивидуальных особенностей слуха слушателя, включая его возраст и состояние здоровья.
С возрастом чувствительность слуха, как правило, снижается, особенно в области высоких частот (это явление называется пресбиакузис). Поэтому при одной и той же физической интенсивности звука пожилой человек, скорее всего, будет воспринимать этот звук как менее громкий по сравнению с молодым человеком, у которого слух острее. Именно это различие в восприятии и означает, что они "слышат по-разному".

Ответ: Громкость звука для пожилого и молодого человека различна.

37.6 [Д. 125] Изменится ли частота и скорость распространения звуковых волн, если пианист сильнее ударит по клавише рояля?

При более сильном ударе по клавише рояля молоточек передает струне больше энергии. Эта дополнительная энергия вызывает колебания струны с большей амплитудой. Рассмотрим, как это влияет на частоту и скорость распространения звуковой волны.

Частота звуковых волн

Частота звука определяет его высоту. В музыкальных инструментах, таких как рояль, частота звука определяется физическими свойствами колеблющегося тела, в данном случае — струны. Частота колебаний струны зависит от ее длины ($L$), силы натяжения ($T$) и линейной плотности ($\mu$ — масса на единицу длины). Для основной гармоники эта зависимость выражается формулой: $f = \frac{1}{2L} \sqrt{\frac{T}{\mu}}$

Эти параметры (длина, натяжение, плотность) для каждой струны рояля заранее настроены и не меняются от силы удара по клавише. Сила удара влияет на амплитуду колебаний струны, то есть на максимальное отклонение от положения равновесия. Большая амплитуда означает большую интенсивность звуковой волны, что воспринимается как увеличение громкости. Однако частота колебаний, а следовательно, и высота звука, остается прежней.

Ответ: Частота звуковых волн не изменится.

Скорость распространения звуковых волн

Скорость распространения любой волны, включая звуковую, зависит от свойств среды, в которой она распространяется. Для звука, распространяющегося в воздухе, скорость зависит в первую очередь от температуры воздуха, а также от его влажности и давления. Скорость звука в газе можно рассчитать по формуле: $v = \sqrt{\frac{\gamma R T}{M}}$ где $\gamma$ — показатель адиабаты, $R$ — универсальная газовая постоянная, $T$ — абсолютная температура, $M$ — молярная масса газа.

Сила удара пианиста по клавише никак не изменяет свойства среды (воздуха) в помещении. Температура, давление и состав воздуха остаются постоянными. Следовательно, скорость, с которой звуковая волна распространяется от рояля к слушателю, также не изменится.

Ответ: Скорость распространения звуковых волн не изменится.

377 [902] Ухо человека способно воспринимать звуковые колебания с частотой от 16 до 20 000 Гц. Какой диапазон длин звуковых волн способен воспринимать человек при скорости звука 340 м/с?

Дано:

Нижняя граница частоты, $ν_{min}$ = 16 Гц

Верхняя граница частоты, $ν_{max}$ = 20 000 Гц

Скорость звука, $v$ = 340 м/с

Найти:

Диапазон длин звуковых волн $λ$

Решение:

Длина звуковой волны $λ$ связана со скоростью ее распространения $v$ и частотой колебаний $ν$ следующей формулой:

$λ = \frac{v}{ν}$

Из этой формулы следует, что длина волны обратно пропорциональна ее частоте. Следовательно, самой низкой частоте ($ν_{min}$) будет соответствовать самая длинная волна ($λ_{max}$), а самой высокой частоте ($ν_{max}$) — самая короткая ($λ_{min}$).

Рассчитаем максимальную длину волны, соответствующую минимальной частоте восприятия:

$λ_{max} = \frac{v}{ν_{min}} = \frac{340 \text{ м/с}}{16 \text{ Гц}} = 21.25 \text{ м}$

Теперь рассчитаем минимальную длину волны, соответствующую максимальной частоте восприятия:

$λ_{min} = \frac{v}{ν_{max}} = \frac{340 \text{ м/с}}{20000 \text{ Гц}} = 0.017 \text{ м}$

Таким образом, диапазон длин звуковых волн, воспринимаемых ухом человека, находится в пределах от 0.017 м до 21.25 м.

Ответ: диапазон длин звуковых волн, который способен воспринимать человек, составляет от 0.017 м до 21.25 м.

37.8* [н] Расположите в порядке возрастания верхней границы частотного диапазона голоса певцов: контральто, колоратурное сопрано, баритон, сопрано, меццо-сопрано, бас, тенор.

37.8* [н]

Решение:

Для того чтобы расположить типы голосов в порядке возрастания верхней границы их частотного диапазона, необходимо сравнить максимальные частоты, которые могут воспроизводить певцы с соответствующими типами голосов. Голоса классифицируются по высоте, и эта классификация напрямую связана с их частотным диапазоном.

Рассмотрим стандартные диапазоны и их верхние границы для каждого типа голоса:

• Бас: самый низкий мужской голос. Верхняя граница диапазона обычно находится в районе ноты ми первой октавы ($E_4$), что соответствует частоте примерно $330 \text{ Гц}$.
• Баритон: мужской голос, средний по высоте между басом и тенором. Верхняя граница достигает ноты соль-ля первой октавы ($G_4-A_4$), что соответствует частотам около $392-440 \text{ Гц}$.
• Тенор: самый высокий мужской голос. Может достигать ноты до второй октавы ($C_5$), что соответствует частоте около $523 \text{ Гц}$.
• Контральто: самый низкий женский голос. Его диапазон простирается до ноты фа второй октавы ($F_5$), что составляет примерно $698 \text{ Гц}$.
• Меццо-сопрано: женский голос, средний по высоте между контральто и сопрано. Верхняя граница находится в районе ноты ля второй октавы ($A_5$), что соответствует частоте около $880 \text{ Гц}$.
• Сопрано: самый высокий женский голос. Верхняя граница обычно достигает ноты до третьей октавы ($C_6$), или "верхнего до", с частотой около $1047 \text{ Гц}$.
• Колоратурное сопрано: разновидность сопрано, отличающаяся особой подвижностью и способностью брать очень высокие ноты. Верхняя граница диапазона этого голоса самая высокая и может достигать фа третьей октавы ($F_6$) и выше, что соответствует частотам свыше $1397 \text{ Гц}$.

Сравнивая верхние границы частот для каждого типа голоса в порядке их возрастания, получаем следующую последовательность:

Бас ($ \approx 330 \text{ Гц} $) < Баритон ($ \approx 440 \text{ Гц} $) < Тенор ($ \approx 523 \text{ Гц} $) < Контральто ($ \approx 698 \text{ Гц} $) < Меццо-сопрано ($ \approx 880 \text{ Гц} $) < Сопрано ($ \approx 1047 \text{ Гц} $) < Колоратурное сопрано ($ > 1397 \text{ Гц} $).

Таким образом, искомый порядок расположения голосов таков:

Ответ: бас, баритон, тенор, контральто, меццо-сопрано, сопрано, колоратурное сопрано.

37.9 [Д. 128] Частоты звуков разговорной речи человека лежат в пределах 100—500 Гц. Какую долю, выраженную в процентах, от диапазона частот звуков, слышимых человеком, составляет диапазон частот разговорной речи?

Дано:

Диапазон частот разговорной речи: от $f_{речи\_min} = 100$ Гц до $f_{речи\_max} = 500$ Гц.

Для решения задачи необходимо использовать стандартное значение диапазона частот звуков, слышимых человеком, которое составляет от $f_{слух\_min} = 20$ Гц до $f_{слух\_max} = 20000$ Гц.

Все данные представлены в системе СИ (Герц).

Найти:

Долю, которую составляет диапазон частот разговорной речи от диапазона слышимых частот, в процентах ($P$).

Решение:

1. Найдем ширину диапазона частот разговорной речи. Ширина диапазона определяется как разность между максимальной и минимальной частотами:

$\Delta f_{речи} = f_{речи\_max} - f_{речи\_min} = 500 \text{ Гц} - 100 \text{ Гц} = 400 \text{ Гц}$

2. Найдем ширину диапазона частот, слышимых человеком:

$\Delta f_{слух} = f_{слух\_max} - f_{слух\_min} = 20000 \text{ Гц} - 20 \text{ Гц} = 19980 \text{ Гц}$

3. Чтобы найти, какую долю (в процентах) составляет диапазон частот речи от диапазона слышимых частот, нужно разделить ширину диапазона речи на ширину диапазона слуха и умножить результат на 100%.

$P = \frac{\Delta f_{речи}}{\Delta f_{слух}} \times 100\%$

Подставим числовые значения:

$P = \frac{400 \text{ Гц}}{19980 \text{ Гц}} \times 100\% \approx 0.02002 \times 100\% \approx 2.0\%$

Ответ: диапазон частот разговорной речи составляет примерно 2% от диапазона частот звуков, слышимых человеком.

37.10 [911] В какой последовательности на шкале длин волн следует расположить диапазоны слышимого звука, ультразвука и инфразвука?

Решение

Длина звуковой волны $\lambda$ связана с ее частотой $\nu$ и скоростью распространения звука $v$ в среде через формулу:

$\lambda = \frac{v}{\nu}$

В одной и той же среде (например, в воздухе) скорость звука $v$ можно считать постоянной. Из формулы видно, что длина волны $\lambda$ обратно пропорциональна частоте $\nu$. Это означает, что чем выше частота колебаний, тем короче длина волны, и наоборот, чем ниже частота, тем длиннее волна.

Рассмотрим частотные диапазоны для каждого вида звука:

• Инфразвук: звуковые колебания с частотой ниже порога слышимости человека, то есть $\nu < 20 \text{ Гц}$. Это диапазон самых низких частот.
• Слышимый звук: звуковые колебания, которые воспринимает человеческое ухо, находятся в диапазоне частот от $20 \text{ Гц}$ до $20 \text{ кГц}$.
• Ультразвук: звуковые колебания с частотой выше порога слышимости человека, то есть $\nu > 20 \text{ кГц}$. Это диапазон самых высоких частот.

Сопоставим частоты и длины волн:

• Ультразвук имеет самую высокую частоту, следовательно, у него самая короткая длина волны.
• Инфразвук имеет самую низкую частоту, следовательно, у него самая длинная длина волны.
• Слышимый звук по частоте и длине волны занимает промежуточное положение между инфразвуком и ультразвуком.

Таким образом, если располагать диапазоны на шкале длин волн в порядке их возрастания, последовательность будет следующей: ультразвук, слышимый звук, инфразвук.

Ответ: На шкале длин волн в порядке их увеличения диапазоны располагаются в следующей последовательности: ультразвук, слышимый звук, инфразвук.

37.11 [903] Какой частоте колебаний камертона соответствует в воздухе звук с длиной волны 34 см при скорости звука, равной 340 м/с?

Дано:

Найти:

Решение:

Частота колебаний источника звука (камертона) совпадает с частотой звуковой волны, которую он создает. Связь между скоростью распространения волны $v$, ее длиной $\lambda$ и частотой $f$ описывается основной волновой формулой:

$v = \lambda \cdot f$

Чтобы найти частоту колебаний, выразим $f$ из этой формулы:

$f = \frac{v}{\lambda}$

Теперь подставим числовые значения в систему СИ в полученную формулу и произведем вычисления:

$f = \frac{340 \text{ м/с}}{0.34 \text{ м}} = 1000 \text{ Гц}$

Ответ: частота колебаний камертона равна 1000 Гц.

37.12 [904] Наблюдатель, находящийся на расстоянии 2 км 150 м от источника звука, слышит звук, пришедший по воздуху, на 4,8 с позднее, чем звук от того же источника, пришедший по воде. Определите скорость звука в воде, если скорость звука в воздухе равна 345 м/с.

Дано:

Расстояние, $S = 2 \text{ км } 150 \text{ м}$
Разница во времени, $\Delta t = 4,8 \text{ с}$
Скорость звука в воздухе, $v_{\text{воздуха}} = 345 \text{ м/с}$

Переведем все данные в систему СИ:

$S = 2 \cdot 1000 \text{ м} + 150 \text{ м} = 2150 \text{ м}$
$\Delta t = 4,8 \text{ с}$
$v_{\text{воздуха}} = 345 \text{ м/с}$

Найти:

Скорость звука в воде, $v_{\text{воды}} - ?$

Решение:

Звук проходит одно и то же расстояние $S$ как по воздуху, так и по воде. Время движения звука в каждой среде можно найти по формуле времени для равномерного движения: $t = \frac{S}{v}$.

Время, за которое звук достигает наблюдателя по воздуху: $t_{\text{воздуха}} = \frac{S}{v_{\text{воздуха}}}$

Время, за которое звук достигает наблюдателя по воде: $t_{\text{воды}} = \frac{S}{v_{\text{воды}}}$

Согласно условию, звук по воздуху приходит на $\Delta t = 4,8 \text{ с}$ позже, чем по воде. Это значит, что время распространения звука в воздухе больше времени распространения в воде на эту величину: $t_{\text{воздуха}} = t_{\text{воды}} + \Delta t$

Отсюда разница во времени составляет: $\Delta t = t_{\text{воздуха}} - t_{\text{воды}}$

Подставим в это уравнение выражения для времени: $\Delta t = \frac{S}{v_{\text{воздуха}}} - \frac{S}{v_{\text{воды}}}$

Наша задача — найти $v_{\text{воды}}$. Для этого выразим из формулы слагаемое, содержащее искомую величину: $\frac{S}{v_{\text{воды}}} = \frac{S}{v_{\text{воздуха}}} - \Delta t$

Приведем правую часть уравнения к общему знаменателю: $\frac{S}{v_{\text{воды}}} = \frac{S - v_{\text{воздуха}} \cdot \Delta t}{v_{\text{воздуха}}}$

Теперь выразим искомую скорость звука в воде $v_{\text{воды}}$: $v_{\text{воды}} = \frac{S \cdot v_{\text{воздуха}}}{S - v_{\text{воздуха}} \cdot \Delta t}$

Подставим числовые значения из условия задачи: $v_{\text{воды}} = \frac{2150 \text{ м} \cdot 345 \text{ м/с}}{2150 \text{ м} - 345 \text{ м/с} \cdot 4,8 \text{ с}}$

Произведем вычисления: $v_{\text{воды}} = \frac{741750}{2150 - 1656} = \frac{741750}{494} \approx 1501,52 \text{ м/с}$

Округлим результат до одного знака после запятой.

Ответ: скорость звука в воде равна примерно $1501,5$ м/с.

37.13 [Д. 129] Почему, если человек не увидел взрыва мощного снаряда, взрывная волна застаёт его врасплох?

Решение

Это явление объясняется огромной разницей в скоростях распространения света и звука (взрывной волны).

Скорость света в воздухе практически равна скорости света в вакууме и составляет примерно $c \approx 300~000~000$ м/с. Взрывная волна — это, по сути, сверхмощная звуковая волна, и ее скорость распространения в воздухе значительно ниже, около $v_{звука} \approx 340$ м/с (может быть выше у самого эпицентра, но все равно несравнима со скоростью света).

Когда происходит взрыв, он одновременно порождает и световую вспышку, и взрывную волну.

1. Сценарий, когда человек видит взрыв.
Свет от вспышки из-за своей гигантской скорости достигает наблюдателя практически мгновенно. Человек видит взрыв и только через некоторое время, зависящее от расстояния ($t = L/v_{звука}$), до него доходит взрывная волна. Эта задержка между вспышкой (визуальным сигналом) и приходом волны (физическим воздействием) дает человеку возможность среагировать и попытаться укрыться.

2. Сценарий, когда человек не видит взрыв.
Если человек находится за препятствием, спиной к взрыву или по другой причине не видит вспышку, он не получает этого мгновенного предупреждающего сигнала. Для него первым событием, связанным со взрывом, становится приход самой взрывной волны. Поскольку до этого момента не было никаких признаков опасности (ни света, ни звука), мощный удар воздуха оказывается полной неожиданностью.

Таким образом, отсутствие предварительного визуального сигнала (вспышки) лишает человека времени на реакцию, и взрывная волна застает его врасплох.

Ответ: Взрывная волна застает человека врасплох, потому что он не получает предупреждающего сигнала в виде световой вспышки. Свет распространяется практически мгновенно, в то время как взрывная волна (звук) движется намного медленнее. Если человек видит вспышку, у него есть время среагировать до прихода волны. Если не видит, то приход самой волны становится первым и внезапным сигналом о произошедшем взрыве.