Номер 3, страница 32, часть 2 - гдз по физике 9 класс учебник Белага, Воронцова

Часть 2. Глава 7. Звук. Параграф 69. Исследовательские работы. Темы исследовательских и проектных работ - номер 3, страница 32.

Условие.

• Звук и среда.

Решение.

Звук и среда.

Звук — это механические колебания, которые распространяются в упругой среде (газообразной, жидкой или твердой) в виде волн. Поскольку звук является механической волной, для его распространения необходимо наличие вещества (среды). Колебания от источника звука (например, голосовых связок или струны гитары) передаются от одной частицы среды к другой, создавая волну, которая распространяется в пространстве. В вакууме, где практически нет частиц, звук распространяться не может, так как отсутствует среда для передачи колебаний.

Свойства среды напрямую определяют, как будет распространяться звук, и в первую очередь влияют на его скорость. Скорость звука зависит от упругости и плотности среды.

Агрегатное состояние среды — ключевой фактор.

• В твёрдых телах частицы расположены близко друг к другу и сильно связаны, что обеспечивает быструю передачу колебаний. Поэтому в твёрдых телах скорость звука наибольшая. Например, в стали она составляет около 5000–6000 м/с.
• В жидкостях частицы также находятся близко, но связи между ними слабее. Скорость звука в жидкостях меньше, чем в твёрдых телах, но значительно больше, чем в газах. Например, в воде скорость звука примерно 1500 м/с.
• В газах частицы находятся далеко друг от друга и слабо взаимодействуют. Из-за этого колебания передаются медленнее всего. Скорость звука в воздухе при нормальных условиях составляет около 343 м/с.

Упругость и плотность среды также являются определяющими. Скорость звука в общем виде можно описать формулой, связывающей модуль упругости среды $\text{E}$ и её плотность $\rho$: $v \approx \sqrt{E/\rho}$. Чем более упруга среда (чем выше модуль упругости) и чем меньше её плотность, тем выше скорость звука. Обычно влияние упругости оказывается более значительным, чем влияние плотности. Например, сталь намного плотнее воздуха, но из-за её колоссальной упругости звук в ней распространяется в 15-17 раз быстрее.

Температура среды также влияет на скорость звука, особенно в газах. С повышением температуры газа его молекулы начинают двигаться быстрее, что приводит к более быстрой передаче колебаний и, следовательно, к увеличению скорости звука.

Помимо скорости, среда влияет и на другие характеристики звуковой волны. При распространении в среде происходит поглощение звука — его энергия постепенно превращается во внутреннюю энергию (теплоту), из-за чего звук затухает и становится тише. Также на границе двух разных сред звук может отражаться (создавая эхо) и преломляться (изменять направление своего распространения).

Ответ: Звук — это механическая волна, которая может распространяться только при наличии упругой среды (твёрдого тела, жидкости или газа) и не может распространяться в вакууме. Свойства среды, такие как агрегатное состояние, упругость, плотность и температура, определяют скорость и характер распространения звука. В общем случае, звук распространяется быстрее всего в твёрдых телах, медленнее в жидкостях и медленнее всего в газах.