Номер 3.5, страница 16 - гдз по физике 9 класс задачник Артеменков, Ломаченков

III. Звук - номер 3.5, страница 16.

Условие.

3.5 Спортивный судья стоит на линии финиша. В какой момент он должен пустить в ход секундомер: когда увидит огонь от выстрела стартового пистолета или когда услышит звук выстрела? Ответ поясните.

Решение.

Решение

Чтобы определить, по какому сигналу — световому (огонь) или звуковому — следует запускать секундомер, необходимо сравнить скорости распространения света и звука.

Скорость света в воздухе практически равна скорости света в вакууме и составляет $c \approx 3 \cdot 10^8$ м/с.

Скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет примерно $v_{звука} \approx 340$ м/с.

Очевидно, что скорость света на много порядков выше скорости звука ($c \gg v_{звука}$). Это означает, что свет от вспышки стартового пистолета достигает судьи на линии финиша практически мгновенно. Задержкой распространения светового сигнала на дистанциях, используемых в спорте, можно пренебречь. Например, на дистанции 100 м время распространения света составит:

$t_{света} = \frac{S}{c} = \frac{100~м}{300~000~000~м/с} \approx 0,00000033$ с.

В то же время звук от выстрела достигнет судьи со значительной задержкой. Для той же дистанции 100 м время распространения звука будет:

$t_{звука} = \frac{S}{v_{звука}} = \frac{100~м}{340~м/с} \approx 0,29$ с.

Если судья запустит секундомер, когда услышит звук выстрела, то отсчёт времени начнётся с опозданием (в нашем примере почти на 0,3 секунды). Это приведёт к неверному, заниженному результату для спортсменов. В видах спорта, где важны сотые и даже тысячные доли секунды, такая погрешность недопустима.

Поэтому для максимально точного измерения времени судья должен ориентироваться на сигнал, который приходит практически без задержки, то есть на вспышку света.

Ответ: Судья должен пустить в ход секундомер, когда увидит огонь от выстрела стартового пистолета. Это связано с тем, что скорость света значительно превышает скорость звука, и свет от выстрела доходит до судьи практически мгновенно, в то время как звуку требуется заметное время, чтобы преодолеть расстояние от старта до финиша, что привело бы к значительной погрешности в измерении времени.