Номер 587, страница 88 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Механические волны. Звук. Механические колебания и волны. Звук - номер 587, страница 88.

587. Почему шум далеко идущего поезда может быть услышан раньше по рельсам, чем по воздуху?

Решение

Звук — это механические колебания, распространяющиеся в упругой среде. Скорость распространения звука напрямую зависит от физических свойств среды, в которой он распространяется, а именно от её плотности и упругости. В общем случае, скорость звука в твёрдых телах значительно выше, чем в газах.

В данном случае мы имеем две среды, по которым распространяется звук от поезда: воздух (газовая среда) и рельсы (твёрдая среда, изготовленная из стали).

Скорость звука в воздухе при нормальных условиях (температура около 20°C) составляет приблизительно $v_{воздух} \approx 343 \frac{м}{с}$.

Скорость звука в стали, из которой сделаны рельсы, намного выше и составляет около $v_{сталь} \approx 5000 - 6000 \frac{м}{с}$.

Поскольку звук по рельсам распространяется примерно в 15-17 раз быстрее, чем по воздуху, звуковые колебания от поезда достигнут наблюдателя по рельсам значительно раньше. Человек может услышать этот звук, например, приложив ухо к рельсу.

Рассмотрим пример. Пусть поезд находится на расстоянии $L = 5 \text{ км} = 5000 \text{ м}$.

Время, за которое звук дойдёт до наблюдателя по воздуху:

$t_{воздух} = \frac{L}{v_{воздух}} = \frac{5000 \text{ м}}{343 \text{ м/с}} \approx 14.6 \text{ с}$

Время, за которое звук дойдёт до наблюдателя по рельсам (возьмем $v_{сталь} = 5100 \frac{м}{с}$):

$t_{рельсы} = \frac{L}{v_{сталь}} = \frac{5000 \text{ м}}{5100 \text{ м/с}} \approx 0.98 \text{ с}$

Таким образом, звук по рельсам придёт почти на 14 секунд раньше, чем по воздуху, что позволяет услышать приближение поезда задолго до того, как его шум станет слышен через воздух.

Ответ: Шум далеко идущего поезда можно услышать раньше по рельсам, потому что скорость распространения звука в стали (твёрдом теле) значительно выше, чем скорость распространения звука в воздухе (газе).