Номер 598, страница 89 - гдз по физике 9 класс сборник вопросов и задач Марон, Марон

Механические колебания и волны. Звук. Механические волны. Звук - номер 598, страница 89.

Условие.

598. Почему человек, нырнувший под воду, не слышит шумов на берегу реки, хотя вода хорошо проводит звук?

Решение.

Хотя вода действительно является хорошим проводником звука, и скорость звука в ней примерно в 4,5 раза выше, чем в воздухе, человек под водой практически не слышит шумы с берега. Это связано с поведением звуковых волн на границе двух сред — воздуха и воды.

Основная причина заключается в том, что при переходе звука из одной среды в другую часть его энергии отражается, а часть проходит дальше. Доля отражённой энергии зависит от того, насколько сильно различаются акустические свойства сред. Ключевой характеристикой является акустический импеданс ($Z$), который определяется как произведение плотности среды ($\rho$) на скорость звука в ней ($c$):

$Z = \rho \cdot c$

Воздух и вода имеют очень разные значения акустического импеданса. У воды он примерно в 3600 раз больше, чем у воздуха. Из-за такого значительного различия, когда звуковые волны, распространяющиеся в воздухе (например, разговор на берегу), достигают поверхности воды, подавляющая их часть — более 99,9% — отражается обратно в воздух.

В результате в воду проникает лишь ничтожная доля (менее 0,1%) звуковой энергии. Такой ослабленный звук уже не воспринимается человеческим ухом, даже несмотря на то, что сама вода хорошо проводит те звуковые колебания, которые в неё всё-таки попали. Дополнительным фактором является то, что человеческое ухо приспособлено для восприятия звуков в воздушной среде и его эффективность под водой значительно снижается.

Ответ: Человек, нырнувший под воду, не слышит шумов с берега, потому что на границе раздела сред «воздух-вода» подавляющая часть звуковой энергии (более 99,9%) отражается обратно в воздух. Это происходит из-за большой разницы в акустических свойствах (импедансе) воздуха и воды. В воду проникает настолько малая часть звука, что её интенсивности недостаточно для восприятия человеческим ухом.