Номер 6, страница 175 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 42. Инфразвук и ультразвук. Темы докладов - номер 6, страница 175.

Условие.

6. Звук и среда.

Решение.

Что такое звук и как он возникает?
Звук — это механическая волна, представляющая собой распространение колебаний в упругой среде (газе, жидкости или твердом теле). Источником звука всегда является колеблющееся (вибрирующее) тело. Например, когда мы говорим, наши голосовые связки вибрируют; когда играет гитара, вибрируют её струны. Эти вибрации передаются окружающим частицам среды, заставляя их тоже колебаться. Колебания распространяются от частицы к частице, образуя звуковую волну. В газах и жидкостях эта волна представляет собой чередование областей повышенного давления (сжатие) и пониженного давления (разрежение). Когда эта волна достигает нашего уха, она вызывает колебания барабанной перепонки, которые мозг интерпретирует как звук.

Ответ: Звук — это механические колебания, распространяющиеся в упругой среде в виде волны от вибрирующего источника.

Роль среды в распространении звука.
Ключевой особенностью звука как механической волны является то, что для своего распространения он нуждается в материальной среде. Частицы вещества (атомы и молекулы) необходимы для передачи колебательной энергии от источника к приёмнику. В вакууме, где практически нет частиц, звуку распространяться не через что. Поэтому в космическом пространстве царит полная тишина. Знаменитый опыт с электрическим звонком под стеклянным колпаком наглядно это демонстрирует: по мере откачивания воздуха из-под колпака звук звонка становится всё слабее и в итоге полностью исчезает, хотя молоточек продолжает бить по чашечке.

Ответ: Звук может распространяться только в материальной среде (твердой, жидкой или газообразной) и не может распространяться в вакууме.

Скорость звука и её зависимость от свойств среды.
Скорость, с которой распространяется звук, не является постоянной. Она напрямую зависит от физических свойств среды: упругости, плотности и температуры.

• Упругость и плотность: Скорость звука тем выше, чем более упруга среда и чем меньше её плотность. Упругость характеризует способность вещества сопротивляться деформации и восстанавливать свою форму. Твердые тела обычно намного более упругие, чем жидкости и газы, поэтому звук в них распространяется быстрее всего. В общем случае, скорость звука в твердых телах больше, чем в жидкостях, а в жидкостях — больше, чем в газах ($v_{тв.} > v_{жидк.} > v_{газ}$). Например, в воздухе (при 20 °C) скорость звука ~$343$ м/с, в пресной воде ~$1482$ м/с, а в стали ~$5960$ м/с.
• Температура: В газах скорость звука значительно зависит от температуры. С ростом температуры молекулы газа начинают двигаться быстрее, чаще сталкиваются друг с другом и, как следствие, быстрее передают колебания. Поэтому в теплом воздухе звук распространяется быстрее, чем в холодном.

Скорость звука в идеальном газе определяется формулой: $v = \sqrt{\frac{\gamma k T}{m}}$, где $\gamma$ — показатель адиабаты, $\text{k}$ — постоянная Больцмана, $\text{T}$ — абсолютная температура, а $\text{m}$ — масса одной молекулы.

Ответ: Скорость звука зависит от свойств среды: она выше в более упругих и менее плотных средах, а также увеличивается с ростом температуры в газах.

Типы звуковых волн.
Звуковые волны могут быть продольными или поперечными, что зависит от направления колебаний частиц среды.

• Продольные волны: Частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны, создавая зоны сжатия и разрежения. Это основной тип волн для звука в газах и жидкостях, так как эти среды не сопротивляются деформации сдвига.
• Поперечные волны: Частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Такие волны могут возникать только в средах, обладающих упругостью сдвига, то есть в твёрдых телах.

Таким образом, в воздухе и воде звук распространяется только в виде продольных волн, а в твердых телах могут существовать как продольные, так и поперечные звуковые волны.

Ответ: В газах и жидкостях звук является продольной волной, а в твердых телах он может распространяться как в виде продольных, так и поперечных волн.