Номер 5, страница 11, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 7. Звук. Параграф 63. Звуковые волны. Скорость звука. Вопросы и задания - номер 5, страница 11.

Условие.

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

Решение.

Решение:

Для правильного измерения времени забега судья должен запустить секундомер точно в момент старта спортсменов, то есть в момент выстрела стартового пистолета. Судья, находящийся на линии финиша, воспринимает два сигнала, свидетельствующих о выстреле: световой (вспышка огня) и звуковой (звук выстрела). Чтобы определить, какой из сигналов является более точным ориентиром для начала отсчета времени, необходимо сравнить скорости их распространения.

Скорость света в воздухе составляет $c \approx 3 \times 10^8$ м/с, в то время как скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет всего $v_{звука} \approx 340$ м/с. Таким образом, свет распространяется почти в миллион раз быстрее звука.

Из-за огромной скорости распространения свет от вспышки достигает судьи практически мгновенно. Задержка настолько мала, что ею можно пренебречь в рамках спортивных соревнований. Например, на дистанции 100 метров свету потребуется всего $t_{света} = \frac{S}{c} = \frac{100 \text{ м}}{3 \times 10^8 \text{ м/с}} \approx 0.00000033$ секунды, чтобы достичь наблюдателя.

Звук, в свою очередь, преодолеет ту же дистанцию в 100 метров за значительно большее время: $t_{звука} = \frac{S}{v_{звука}} = \frac{100 \text{ м}}{340 \text{ м/с}} \approx 0.29$ секунды. Если судья включит секундомер по звуку выстрела, то отсчет времени начнется с опозданием почти на 0.3 секунды. Это приведет к тому, что зафиксированное время спортсмена будет на 0.3 секунды меньше реального, что является грубейшей и недопустимой ошибкой.

Таким образом, для максимально точного измерения времени судья должен ориентироваться на световой сигнал, так как он приходит к нему практически без задержки.

Ответ: Судья должен включить секундомер, когда увидит огонь от выстрела стартового пистолета. Это связано с тем, что скорость света ($c \approx 3 \times 10^8$ м/с) намного превышает скорость звука ($v_{звука} \approx 340$ м/с). Свет от вспышки достигает судьи практически мгновенно, в то время как звук доходит со значительной задержкой, которая приведет к неверному (заниженному) результату измерения времени.