Номер 5, страница 138 - гдз по физике 9 класс тетрадь-тренажёр Артеменков, Белага

Приложение «Знаем и применяем» - номер 5, страница 138.

Условие.

5. Если приложить близко к уху чайную чашку таким образом, чтобы ухо полностью оказалось внутри неё, можно услышать слабый звук, отдалённо напоминающий шум моря. Какова природа этого звука?

помощник

▪ Подумайте, для чего такие музыкальные инструменты, как, например, труба или саксофон, имеют широкий раструб.

Решение.

5. Звук, который мы слышим, приложив к уху чашку или большую морскую раковину, — это не шум моря и не звук текущей по сосудам крови, как гласит популярное заблуждение. Природа этого звука заключается в явлении акустического резонанса.

Окружающее нас пространство всегда наполнено фоновым шумом — совокупностью множества звуковых волн различной частоты и интенсивности, исходящих от разных источников (ветер, разговоры людей, работающие приборы, движение транспорта и т.д.). Когда мы прикладываем чашку к уху, она начинает работать как резонатор. Внутренняя полость чашки, заполненная воздухом, имеет свои собственные резонансные (или собственные) частоты колебаний. Эти частоты зависят от физических параметров чашки — её объёма, площади и формы отверстия.

Из всего спектра фоновых звуков, попадающих в чашку, она избирательно усиливает только те, чьи частоты совпадают с её резонансными частотами. Остальные звуки либо ослабляются, либо проходят без изменений. В результате наше ухо воспринимает усиленный и отфильтрованный фоновый шум. Этот сложный звук, состоящий из набора усиленных частот, наш мозг и интерпретирует как нечто похожее на шум морского прибоя.

Этот эффект можно сравнить с работой музыкальных инструментов, упомянутых в подсказке. Широкий раструб трубы или саксофона также является резонатором. Он предназначен для эффективного излучения звука вовне и усиления определённых частот (обертонов), что формирует тембр инструмента. Чашка же, наоборот, работает как "приёмник", собирая и усиливая внешние шумы для нашего уха. Если провести этот опыт в звукоизолированной (анэхогенной) камере, где фоновый шум практически отсутствует, никакого "шума моря" в чашке слышно не будет, что и доказывает внешнюю природу этого звука.

Резонансная частота такого резонатора (известного как резонатор Гельмгольца) зависит от его геометрии. Например, для простой полости её можно примерно описать формулой: $f = \frac{v}{2\pi}\sqrt{\frac{A}{V_0 L_{eq}}}$, где $\text{v}$ — скорость звука, $\text{A}$ — площадь отверстия, $V_0$ — объём полости, а $L_{eq}$ — эффективная длина горловины.

Ответ: Слышимый звук является результатом акустического резонанса: чашка, как резонатор, усиливает определённые частоты окружающего фонового шума, которые соответствуют её собственным резонансным частотам. Наше ухо воспринимает этот отфильтрованный и усиленный шум как звук, напоминающий шум моря.