Номер 3, страница 52 - гдз по физике 9 класс самостоятельные и контрольные работы Марон, Марон

Глава 2. Механические колебания и волны. Звук. Самостоятельные работы. СР-39. Отражение звука. Звуковой резонанс. Вариант 2 - номер 3, страница 52.

Условие.

3. Почему неполный чайник перед закипанием воды шумит сильнее, чем полный?

Решение.

Шум, который мы слышим перед закипанием воды в чайнике, возникает не из-за самого кипения, а из-за особого физического явления. У дна чайника, где расположен нагревательный элемент, вода достигает температуры кипения быстрее, чем в остальном объеме. Там образуются маленькие пузырьки водяного пара. Эти пузырьки начинают всплывать и попадают в верхние, более холодные слои воды. В этой холодной среде пар внутри пузырьков мгновенно конденсируется, и они резко схлопываются. Этот процесс, называемый кавитацией, создает множество микроскопических ударных волн, которые мы и воспринимаем как характерный шум.

Причина, по которой неполный чайник шумит сильнее, заключается в акустическом резонансе. В неполном чайнике над поверхностью воды находится значительный объем воздуха. Этот воздух, заключенный в полости чайника, действует как резонатор, подобно корпусу акустической гитары. Звуковые волны от схлопывающихся пузырьков заставляют вибрировать стенки чайника и воздух внутри него. Когда частота этих колебаний совпадает с собственной резонансной частотой воздушной полости, звук многократно усиливается.

В полном чайнике, напротив, объем воздуха над водой минимален или отсутствует вовсе. Из-за этого эффект резонансного усиления звука практически не проявляется. Кроме того, большая масса воды в полном чайнике эффективно поглощает и гасит (демпфирует) звуковые колебания, не позволяя стенкам чайника сильно вибрировать. Эти два фактора — отсутствие воздушного резонатора и демпфирующее действие большого объема воды — делают шум полного чайника значительно тише.

Ответ: Неполный чайник перед закипанием шумит сильнее полного, потому что большой объем воздуха над водой в нем работает как акустический резонатор, который многократно усиливает звук, возникающий от схлопывания пузырьков пара в холодных слоях воды. В полном чайнике такого резонатора нет, а большая масса воды, наоборот, поглощает и ослабляет эти звуковые колебания.