Номер 6, страница 69 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 2. Механические колебания и волны. Параграф 10. Звуковые волны. Вопросы - номер 6, страница 69.

Условие.

6. Зависит ли скорость звука от того, в какой среде он распространяется?

Решение.

6. Да, скорость звука напрямую и в значительной степени зависит от среды, в которой он распространяется. Звук представляет собой механическую волну, то есть колебания частиц вещества (атомов и молекул). Для распространения звука необходима упругая среда — твёрдое тело, жидкость или газ. Свойства этой среды и определяют скорость передачи этих колебаний.

Ключевыми характеристиками среды, влияющими на скорость звука, являются её упругость и плотность. В общем виде скорость звука $\text{v}$ можно описать формулой: $v = \sqrt{\frac{K}{\rho}}$, где $\text{K}$ — это модуль упругости среды (для жидкостей и газов — модуль объёмной упругости), а $\rho$ — её плотность.

Упругость (K): это способность вещества сопротивляться деформации и восстанавливать свою первоначальную форму. Чем выше упругость среды (чем «жёстче» связи между частицами), тем быстрее возмущение передаётся от одной частицы к другой, и тем выше скорость звука.

Плотность (ρ): это масса вещества в единице объёма. Чем больше плотность, тем более инертны частицы среды. Для того чтобы сдвинуть более массивные частицы, требуется больше времени, что замедляет распространение волны.

Хотя более плотные вещества, как правило, замедляют звук, их упругость обычно возрастает в еще большей степени. Влияние упругости оказывается доминирующим, поэтому скорость звука обычно выше в более плотных агрегатных состояниях вещества (твёрдые тела > жидкости > газы).

Сравним скорость звука в разных средах:

В твёрдых телах: Атомы расположены очень близко и жёстко связаны в кристаллической решётке. Это обеспечивает очень высокую упругость. Поэтому в твёрдых телах скорость звука самая высокая. Например, в стали она достигает примерно 5960 м/с.

В жидкостях: Молекулы расположены ближе, чем в газах, но связи между ними слабее, чем в твёрдых телах. Упругость жидкостей значительно выше, чем у газов, но ниже, чем у твёрдых тел. Скорость звука в воде составляет около 1500 м/с.

В газах: Молекулы находятся далеко друг от друга и слабо взаимодействуют. Газы легко сжимаемы, то есть их упругость мала. Поэтому скорость звука в газах самая низкая. В воздухе при температуре 20°C она равна примерно 343 м/с.

В вакууме: Звук распространяться не может, поскольку в вакууме отсутствуют частицы, которые могли бы передавать колебания. Соответственно, скорость звука в вакууме равна нулю.

Также на скорость звука влияют и другие параметры, например, температура. В газах и жидкостях с ростом температуры скорость звука, как правило, увеличивается.

Ответ: Да, скорость звука коренным образом зависит от среды распространения. В общем случае, звук распространяется быстрее всего в твёрдых телах, медленнее — в жидкостях, и ещё медленнее — в газах.