Номер 1, страница 69 - гдз по физике 9 класс учебник Хижнякова, Синявина

Глава 2. Механические колебания и волны. Параграф 10. Звуковые волны. Задания и упражнения - номер 1, страница 69.

Условие.

1. Объясните различия в скорости распространения звука в газе, жидкости и твёрдом теле, используя данные таблицы 8.

Решение.

1. Решение

Скорость распространения звука определяется физическими свойствами среды, в которой он распространяется, а именно её упругостью и плотностью. Звук — это механическая волна, которая передаётся через колебания частиц среды. Чем быстрее эти колебания передаются от одной частицы к другой, тем выше скорость звука. Различия в скорости для разных агрегатных состояний вещества (газ, жидкость, твёрдое тело) объясняются особенностями их молекулярного строения.

В газах молекулы находятся на больших расстояниях друг от друга и слабо взаимодействуют между собой. Из-за этого газы обладают низкой упругостью (легко сжимаемы). Передача колебаний от одной молекулы к другой происходит в результате их хаотичных столкновений. Так как среднее расстояние между молекулами велико, на передачу импульса уходит сравнительно много времени. Поэтому скорость звука в газах наименьшая (например, в воздухе при нормальных условиях она составляет около $340 \text{ м/с}$).

В жидкостях молекулы расположены гораздо ближе друг к другу, чем в газах, и силы межмолекулярного взаимодействия значительно сильнее. Поэтому жидкости гораздо менее сжимаемы, то есть их упругость намного выше, чем у газов. Хотя плотность жидкостей также выше плотности газов, многократное увеличение упругости оказывает гораздо большее влияние на скорость звука. В результате скорость звука в жидкостях значительно выше (например, в воде скорость звука составляет около $1500 \text{ м/с}$).

В твёрдых телах атомы или молекулы упакованы очень плотно и образуют кристаллическую решётку, в которой они связаны сильными межатомными силами. Это делает твёрдые тела очень упругими и практически несжимаемыми. Благодаря этим жёстким связям колебания от одной частицы к соседним передаются почти мгновенно. Несмотря на то, что твёрдые тела имеют самую высокую плотность, их чрезвычайно высокая упругость является определяющим фактором. Поэтому скорость звука в твёрдых телах самая высокая (например, в стали она может достигать $5000-6000 \text{ м/с}$).

В общем виде скорость звука ($\text{v}$) в среде можно выразить формулой, связывающей её упругие свойства и плотность: $v = \sqrt{\frac{K}{\rho}}$, где $\text{K}$ — модуль упругости среды, а $\rho$ — её плотность. При переходе в ряду газ → жидкость → твёрдое тело модуль упругости $\text{K}$ растёт гораздо быстрее, чем плотность $\rho$, что и приводит к наблюдаемому увеличению скорости звука.

Ответ:

Скорость звука в твёрдых телах выше, чем в жидкостях, а в жидкостях — выше, чем в газах. Это связано с тем, что частицы в твёрдых телах расположены очень близко друг к другу и сильно взаимодействуют, что обеспечивает быструю передачу колебаний (высокую упругость). В жидкостях частицы расположены менее плотно и связи между ними слабее, чем в твёрдых телах, но плотнее и сильнее, чем в газах. В газах частицы находятся на больших расстояниях и слабо взаимодействуют, поэтому их упругость и, следовательно, скорость передачи колебаний минимальны.