Номер 2, страница 39 - гдз по физике 9 класс самостоятельные работы Генденштейн, Орлов

Самостоятельная работа 6. Механические колебания и волны. Вариант 4 - номер 2, страница 39.

Условие.

2*. Почему устройства для излучения и приёма ультразвука для измерения глубины моря расположены в нижней части корабля (под водой)?

Решение.

Решение

Устройства для излучения и приёма ультразвука (эхолоты), предназначенные для измерения глубины моря, располагаются в нижней, подводной части корабля по нескольким причинам, главной из которых являются физические свойства распространения звуковых волн в различных средах.

Основная причина заключается в том, что ультразвук, как и любой другой звук, является механической волной, и его распространение сильно зависит от среды. При переходе из одной среды в другую (например, из воздуха в воду) на границе раздела сред происходит частичное отражение и частичное прохождение волны. Эффективность прохождения звука через границу зависит от акустических импедансов сред. Акустический импеданс $Z$ — это произведение плотности среды $\rho$ на скорость звука в ней $c$: $Z = \rho \cdot c$.

Воздух и вода имеют очень разные акустические импедансы. У воздуха плотность и скорость звука малы, поэтому его импеданс низок, в то время как у воды эти параметры значительно выше, что обуславливает её очень высокий импеданс. Из-за этой огромной разницы в импедансах на границе "воздух-вода" отражается подавляющая часть звуковой энергии. Если бы излучатель ультразвука находился на палубе корабля (в воздухе) и был направлен на воду, то более 99.9% энергии ультразвуковой волны отразилось бы от поверхности воды обратно в воздух и лишь ничтожная часть прошла бы в воду. Сигнал, достигший бы дна и отразившийся обратно, снова бы потерял 99.9% своей энергии при попытке выйти из воды в воздух к приёмнику. В результате, зарегистрировать отражённый сигнал было бы практически невозможно.

Чтобы избежать этих колоссальных потерь энергии, и излучатель, и приёмник ультразвука размещают непосредственно в воде. Установка их на подводной части корпуса корабля обеспечивает прямой акустический контакт со средой (водой), в которой и производятся измерения. Это позволяет эффективно направить звуковой импульс ко дну и принять отражённый от дна эхо-сигнал, что необходимо для точного определения глубины.

Ответ: Устройства для излучения и приёма ультразвука располагают в подводной части корабля для обеспечения эффективного распространения звуковых волн. Звук очень плохо проходит через границу раздела двух сред с сильно различающимися свойствами, таких как воздух и вода. Если бы устройства находились в воздухе, почти вся энергия ультразвука отражалась бы от поверхности воды, и измерение глубины было бы невозможным. Размещение под водой обеспечивает прямой контакт со средой распространения сигнала (водой), минимизируя потери энергии.