Номер 3, страница 160 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 38. Звук в различных средах. Вопросы - номер 3, страница 160.

Условие.

3. Почему человек, стоящий на берегу реки, не слышит звуков, возникающих под водой?

Решение.

3. Почему человек, стоящий на берегу реки, не слышит звуков, возникающих под водой?

Это явление объясняется законами распространения волн на границе двух сред — в данном случае, воды и воздуха. Эти среды имеют очень разные акустические свойства.

Когда звуковая волна, идущая из воды, достигает поверхности (границы раздела с воздухом), происходит два процесса: частичное отражение волны обратно в воду и частичное прохождение (преломление) в воздух.

Доля энергии, которая пройдет из одной среды в другую, зависит от соотношения их акустических импедансов. Акустический импеданс ($\text{Z}$) — это произведение плотности среды ($\rho$) на скорость звука в ней ($\text{v}$).

Для воды: $Z_{воды} = \rho_{воды} \cdot v_{воды} \approx 1000 \frac{кг}{м^3} \cdot 1500 \frac{м}{с} = 1.5 \cdot 10^6 \frac{кг}{м^2 \cdot с}$.

Для воздуха: $Z_{воздуха} = \rho_{воздуха} \cdot v_{воздуха} \approx 1.2 \frac{кг}{м^3} \cdot 340 \frac{м}{с} \approx 408 \frac{кг}{м^2 \cdot с}$.

Импедансы воды и воздуха различаются в тысячи раз. Из-за такого большого расхождения более 99.9% звуковой энергии, подходящей к границе вода-воздух из воды, отражается обратно в воду. Лишь ничтожная часть энергии (менее 0.1%) проходит в воздух. Этой энергии недостаточно, чтобы человеческое ухо могло воспринять звук, особенно на некотором расстоянии.

Ответ: На границе раздела вода-воздух почти вся энергия звуковых волн отражается обратно в воду из-за большой разницы в акустических свойствах (импедансах) этих двух сред.