Номер 26, страница 188, часть 1 - гдз по физике 9 класс учебник Генденштейн, Булатова

Часть 1. Механические явления. Глава IV. Механические колебания и волны. Параграф 22. Механические волны. Звук - номер 26, страница 188.

Условие.

26. Почему человек слышит звук самолёта, летящего над ним со скоростью 1600 км/ч, только тогда, когда самолёт уже пролетел над ним?

Решение.

Дано:

Скорость самолёта $v_{с} = 1600$ км/ч

Скорость распространения звука в воздухе (приблизительное значение при нормальных условиях) $v_{зв} \approx 340$ м/с.

Перевод скорости самолёта в систему СИ:

$v_{с} = 1600 \frac{км}{ч} = 1600 \cdot \frac{1000 \text{ м}}{3600 \text{ с}} = \frac{16000}{36} \frac{м}{с} \approx 444,4$ м/с.

Найти:

Объяснить, почему человек слышит звук самолёта только после того, как самолёт пролетел над ним.

Решение:

Сравним скорость самолёта со скоростью звука в воздухе:

$v_{с} \approx 444,4$ м/с

$v_{зв} \approx 340$ м/с

Из сравнения видно, что скорость самолёта больше скорости звука ($v_{с} > v_{зв}$). Такое движение называется сверхзвуковым.

Когда объект движется быстрее звука, он обгоняет звуковые волны, которые сам создаёт. Звук от самолёта распространяется во все стороны в виде сферических волн. Но поскольку самолёт движется быстрее этих волн, он постоянно оказывается впереди фронта звуковой волны, испущенной им в предыдущий момент времени.

Совокупность этих звуковых волн образует конусообразную ударную волну, которая распространяется за самолётом. Эту волну называют конусом Маха. Человек на земле услышит громкий звук, похожий на взрыв (звуковой удар), только в тот момент, когда граница этого конуса достигнет его. К этому моменту самолёт, находящийся на вершине конуса, уже пролетит точку, расположенную прямо над наблюдателем. Поэтому человек сначала видит, что самолёт пролетел над ним, и только через некоторое время слышит звук от него.

Ответ:

Скорость самолёта (1600 км/ч ≈ 444,4 м/с) превышает скорость звука в воздухе (≈ 340 м/с). Из-за того, что самолёт летит со сверхзвуковой скоростью, он обгоняет свой собственный звук. Человек на земле слышит звук только тогда, когда до него доходит следующая за самолётом ударная волна. К этому моменту самолёт уже успевает пролететь мимо наблюдателя.