Номер 2, страница 51 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 2. Механические колебания и волны. Звук. Самостоятельные работы. СР-38. Распространение звука. Звуковые волны. Вариант 1 - номер 2, страница 51.

Условие.

2. Почему скорость звука в жидких и твёрдых телах больше, чем в газообразных?

Решение.

2. Скорость распространения звука, являющегося механической волной, зависит от свойств среды, а именно от её упругости и плотности. Упругость характеризует способность частиц среды возвращаться в исходное положение после смещения и определяет, как быстро передаются колебания. Плотность характеризует инертность среды: чем она больше, тем медленнее частицы реагируют на воздействие.

В общем виде скорость звука $\text{v}$ можно выразить формулой, связывающей эти два свойства: $v = \sqrt{\frac{K}{\rho}}$, где $\text{K}$ — модуль объёмной упругости (характеристика упругости), а $\rho$ — плотность среды.

Сравним эти свойства для разных агрегатных состояний. В газах молекулы находятся на большом расстоянии друг от друга и слабо взаимодействуют. Поэтому газы легко сжимаемы, то есть их модуль упругости $\text{K}$ очень мал. В жидкостях и твёрдых телах частицы (молекулы, атомы) расположены гораздо плотнее, и силы межмолекулярного взаимодействия значительно сильнее. Это делает их очень слабо сжимаемыми, а значит, их модуль упругости $\text{K}$ на много порядков больше, чем у газов.

Ключевым моментом является то, что при переходе от газа к жидкости, а затем к твёрдому телу, модуль упругости ($\text{K}$) растёт гораздо быстрее, чем плотность ($\rho$). Например, модуль упругости воды примерно в 15 000 раз больше, чем у воздуха, в то время как её плотность — всего в 800 раз больше. В результате отношение $K/\rho$ для жидкостей и твёрдых тел оказывается значительно больше, чем для газов. Поскольку скорость звука пропорциональна квадратному корню из этого отношения, она также оказывается значительно выше в более плотных и упругих средах.

Ответ: Скорость звука в жидких и твёрдых телах больше, чем в газообразных, потому что частицы в них расположены гораздо ближе друг к другу и связаны более сильными межмолекулярными силами. Это приводит к тому, что упругость (способность сопротивляться сжатию) жидкостей и твёрдых тел во много раз превышает упругость газов. Хотя их плотность также больше, значительный рост упругости является доминирующим фактором, который и обеспечивает более быструю передачу звуковых колебаний.