Страница 150 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Расскажите о ходе опытов, изображённых на рисунках 93–96. Какой вывод из них следует?

1. Расскажите о ходе опытов, изображённых на рисунках 93—96. Какой вывод из них следует?

На рисунках 93-96, по всей видимости, изображены классические физические опыты, демонстрирующие природу звука и условия его распространения.

• Рисунок 93: Опыт с камертоном. В этом опыте по камертону ударяют молоточком, после чего он начинает издавать звук. Чтобы доказать, что звучащий предмет колеблется, к нему подносят легкий шарик, подвешенный на нити. При соприкосновении с ножкой камертона шарик отскакивает, что наглядно показывает наличие вибрации у источника звука.

• Рисунок 94: Опыт с линейкой. Один конец упругой линейки прижимают к столу, а другой, свободный, отклоняют и отпускают. Свободный конец линейки начинает совершать быстрые колебания, и мы слышим звук. Если остановить колебания рукой, звук тут же прекращается.

• Рисунок 95: Опыт со струной. Опыт показывает колеблющуюся струну, например, гитарную. Когда струну заставляют колебаться (щипком или ударом), она издает звук. Колебания струны видны, и звук прекращается одновременно с прекращением колебаний.

• Рисунок 96: Опыт со звонком под вакуумным колпаком. Электрический звонок помещают под стеклянный колпак, соединенный с воздушным насосом. Пока под колпаком есть воздух, звук звонка хорошо слышен. Затем насосом начинают откачивать воздух. По мере уменьшения количества воздуха под колпаком звук становится все тише и, наконец, исчезает совсем, хотя визуально видно, что молоточек продолжает бить по чашечке звонка. Это доказывает, что для распространения звука нужна среда.

Вывод из опытов:

Из первых трёх опытов (93, 94, 95) следует, что источником звука всегда является колеблющееся тело. Звучание прекращается, как только прекращаются колебания.

Четвертый опыт (96) доказывает, что для распространения звуковых колебаний необходима упругая среда (газ, жидкость или твердое тело). В вакууме, где нет вещества, звук распространяться не может.

Ответ: Опыты демонстрируют, что звук возникает в результате колебаний тел (камертон, линейка, струна) и для его распространения необходима среда (например, воздух), так как в вакууме звук не распространяется.

2. Что является источниками звука?

Источниками звука являются любые тела, совершающие колебания в упругой среде, если частота этих колебаний лежит в диапазоне, воспринимаемом органами слуха (для человека это примерно от 20 до 20 000 колебаний в секунду, или герц).

По своей природе источники звука могут быть естественными и искусственными. Примерами источников звука служат:

• Голосовые связки людей и животных, вибрирующие под действием потока воздуха.
• Колеблющиеся части музыкальных инструментов: струны (гитара, скрипка), мембраны (барабан), столбы воздуха (флейта, труба).
• Мембраны динамиков в наушниках и колонках.
• Крылья летающих насекомых (например, жужжание пчелы или писк комара).
• Колеблющиеся детали работающих машин и механизмов.
• Природные явления: раскаты грома (колебания воздуха), шелест листьев (колебания листьев под действием ветра), шум прибоя (колебания воды и воздуха).

Таким образом, в самом общем смысле, источником звука является любое вибрирующее тело.

Ответ: Источниками звука являются любые колеблющиеся (вибрирующие) тела.

2. Что является источниками звука?

Источниками звука являются любые тела, предметы или явления, которые создают механические колебания (вибрации) в упругой среде, такой как воздух, вода или твердое тело. Эти колебания распространяются в среде в виде звуковых волн, которые могут быть восприняты органами слуха живых существ или зарегистрированы приборами.

Основным свойством любого источника звука является его способность вибрировать. Когда тело колеблется, оно поочередно сжимает и разрежает прилегающие к нему слои среды. Эти области сжатия и разрежения распространяются во все стороны от источника, образуя звуковую волну. Например, струна гитары, мембрана барабана или голосовые связки человека — все они вибрируют, порождая звук. Если прекратить вибрацию (например, прикоснувшись рукой к звенящему колоколу), звук немедленно исчезнет.

Звуковые волны характеризуются частотой колебаний. Человеческое ухо воспринимает звуки в диапазоне частот примерно от $20$ Гц до $20000$ Гц (или $20$ кГц). Колебания с частотой ниже $20$ Гц называются инфразвуком, а выше $20$ кГц — ультразвуком. Они также являются звуком, но не слышны человеку.

Источники звука можно разделить на две большие группы: естественные (природные) и искусственные (созданные человеком).

Естественные источники звука:

- голосовые связки людей и животных;

- раскаты грома (резкое расширение воздуха от молнии);

- шелест листьев, шум ветра и дождя;

- шум водопада или морского прибоя;

- пение птиц, жужжание насекомых.

Искусственные источники звука:

- музыкальные инструменты (например, колеблющиеся струны скрипки, столб воздуха во флейте, мембрана барабана);

- мембрана (диффузор) динамика в акустических колонках, наушниках;

- камертон — эталонный источник звука;

- работающие двигатели транспортных средств и производственные станки;

- колокола, сирены, различные сигнальные устройства.

Ответ: Источниками звука являются любые колеблющиеся (вибрирующие) тела, которые создают в окружающей упругой среде (воздухе, воде и т.д.) звуковые волны. Это могут быть как естественные объекты (например, голосовые связки, шелест листьев), так и искусственные устройства (например, струны музыкальных инструментов, динамики, двигатели).

3.Механические колебания каких частот называют звуковыми и почему?

3. Механические колебания каких частот называют звуковыми и почему?

Звуковыми называют механические колебания, частота которых находится в диапазоне, воспринимаемом человеческим ухом. Этот диапазон условно определяют как интервал от 16 Герц (Гц) до 20 000 Герц (20 кГц). Такие колебания, распространяясь в упругой среде (воздухе, воде, твердых телах), создают звуковые волны.

Название «звуковые» связано непосредственно с физиологией человека. Орган слуха человека (ухо и связанные с ним отделы мозга) эволюционно настроен на восприятие механических волн именно в этом частотном диапазоне. Колебания с более низкой частотой (инфразвук) или более высокой (ультразвук) не вызывают у человека слуховых ощущений, хотя и могут быть восприняты другими живыми существами или специальными приборами.

Ответ: Звуковыми называют механические колебания с частотой от 16 Гц до 20 кГц, потому что именно этот диапазон частот способен воспринимать орган слуха человека.

4. Какие колебания называют ультразвуковыми; инфразвуковыми?

Механические колебания, частоты которых лежат за пределами слышимого человеком диапазона, классифицируются как ультразвуковые и инфразвуковые.

Ультразвуковыми колебаниями (или ультразвуком) называют механические колебания, частота которых превышает верхний порог слышимости человека, то есть больше 20 000 Гц (20 кГц). Человек не слышит ультразвук, но он широко используется в природе (например, летучими мышами и дельфинами для эхолокации) и в технике (медицинская диагностика УЗИ, дефектоскопия материалов, очистка поверхностей).

Инфразвуковыми колебаниями (или инфразвуком) называют механические колебания с частотой ниже нижнего порога слышимости, то есть менее 16 Гц. Инфразвук генерируется природными явлениями, такими как землетрясения, извержения вулканов, сильный ветер, а также работающим тяжелым оборудованием. Человек не слышит инфразвук, но может ощущать его как вибрацию, а при высокой интенсивности он может оказывать негативное влияние на организм.

Ответ: Ультразвуковыми называют колебания с частотой выше 20 кГц, а инфразвуковыми — колебания с частотой ниже 16 Гц.

4. Какие колебания называют ультразвуковыми; инфразвуковыми?

4. Какие колебания называют ультразвуковыми; инфразвуковыми?

Человеческое ухо способно воспринимать механические колебания (звук) в определённом диапазоне частот. Этот диапазон слухового восприятия в среднем составляет от 16-20 Герц (Гц) до 20 000 Герц (20 кГц). Колебания, частота которых лежит за пределами этого диапазона, называются ультразвуковыми или инфразвуковыми.

Ультразвуковыми колебаниями (ультразвуком) называют упругие колебания, частота которых превышает верхний предел слышимости, то есть больше 20 кГц. Ультразвук не воспринимается человеческим ухом, но его используют многие животные (например, летучие мыши и дельфины для ориентации в пространстве — эхолокации), а также он нашёл широкое применение в медицине (УЗИ-диагностика), промышленности (дефектоскопия, очистка поверхностей) и других областях.

Инфразвуковыми колебаниями (инфразвуком) называют упругие колебания, частота которых ниже порога слышимости, то есть менее 16-20 Гц. Человек не слышит инфразвук, но может ощущать его как вибрацию. Источниками инфразвука в природе являются землетрясения, извержения вулканов, сильный ветер, а в техносфере — работающие двигатели, промышленные установки, транспорт. Некоторые животные (киты, слоны, тигры) могут общаться с помощью инфразвука на больших расстояниях.

Ответ: Ультразвуковыми называют колебания с частотой выше 20 000 Гц, а инфразвуковыми — с частотой ниже 16-20 Гц.

5. Расскажите об измерении глубины моря методом эхолокации.

Измерение глубины моря методом эхолокации — это основной способ определения рельефа морского дна. Метод основан на посылке звукового импульса от судна к дну и регистрации отраженного от дна сигнала (эха). Прибор, который выполняет эти функции, называется эхолот.

Принцип действия эхолота заключается в следующем:

1. Излучатель эхолота, установленный на днище судна, посылает короткий звуковой (как правило, ультразвуковой) импульс в направлении морского дна.

2. Звуковая волна распространяется в толще воды, достигает дна и отражается от него.

3. Отраженная волна (эхо) возвращается к судну и улавливается приёмником эхолота.

4. Электронный блок прибора с высокой точностью измеряет полный промежуток времени $t$ между моментом излучения импульса и моментом приёма эха.

Зная это время и скорость распространения звука в воде, можно рассчитать глубину.

Дано:

$v$ - скорость распространения звука в воде;

$t$ - полный промежуток времени от посылки сигнала до приёма его эха.

Найти:

$h$ - глубина моря.

Решение:

За время $t$ звуковой сигнал проходит расстояние до дна и обратно. Путь сигнала до дна равен искомой глубине $h$. Таким образом, общее расстояние $S$, пройденное звуком, равно удвоенной глубине: $S = 2h$

С другой стороны, расстояние, пройденное волной с постоянной скоростью, равно произведению скорости на время: $S = v \cdot t$

Приравнивая два выражения для расстояния $S$, получаем соотношение: $2h = v \cdot t$

Отсюда можно выразить глубину $h$: $h = \frac{v \cdot t}{2}$

Скорость звука в воде зависит от её температуры, солёности и давления, но для практических расчетов часто используют её среднее значение, которое в морской воде составляет примерно 1500 м/с. Современные эхолоты автоматически производят все вычисления и показывают на дисплее уже готовое значение глубины.

Ответ: Глубину моря методом эхолокации измеряют с помощью эхолота, который посылает звуковой сигнал ко дну и замеряет время $t$ его возвращения после отражения. Глубину $h$ рассчитывают по формуле $h = \frac{v \cdot t}{2}$, где $v$ — известная скорость звука в воде.

5. Расскажите об измерении глубины моря методом эхолокации.

5. Измерение глубины моря методом эхолокации — это способ определения расстояния до морского дна, который основан на явлении отражения звука (эха). Для этого используется специальный прибор — эхолот или сонар, установленный на судне.

Процесс измерения происходит следующим образом:

• С борта судна в воду посылается короткий звуковой (чаще всего ультразвуковой) импульс, направленный вертикально вниз ко дну.
• Звуковая волна распространяется в воде, достигает дна и отражается от него.
• Отраженная волна (эхо) возвращается обратно к судну.
• Приемник на судне улавливает пришедшее эхо.
• Электронная аппаратура эхолота измеряет промежуток времени $t$ между моментом отправки сигнала и моментом его приема.

Зная скорость распространения звука в воде $v$ и измеренное время $t$, можно рассчитать глубину моря $h$. За время $t$ звук проходит путь, равный удвоенной глубине (вниз до дна и обратно к судну). Таким образом, общее расстояние $S$, пройденное звуком, равно $S = v \cdot t$. Глубина моря $h$ будет равна половине этого расстояния. Расчет производится по формуле:

$h = \frac{v \cdot t}{2}$

где:

• $h$ — глубина моря;
• $v$ — скорость звука в воде (в среднем принимается равной 1500 м/с, но на самом деле зависит от температуры, солености и давления, поэтому для точных измерений вносятся поправки);
• $t$ — время, прошедшее с момента посылки сигнала до приема отраженного эха.

В эхолотах чаще всего используется ультразвук (звук с частотой выше 20 кГц), а не звук слышимого диапазона. Это связано с тем, что ультразвуковые волны имеют меньшую длину волны, что позволяет им распространяться в виде узконаправленных пучков. Это повышает точность определения рельефа дна и позволяет получать более детальное его изображение. Кроме того, ультразвук не слышен человеку и большинству морских обитателей.

Ответ: Метод эхолокации для измерения глубины моря заключается в отправке с судна звукового (ультразвукового) сигнала ко дну и измерении времени, за которое сигнал вернется обратно после отражения. Глубина $h$ рассчитывается по формуле $h = \frac{v \cdot t}{2}$, где $v$ — скорость звука в воде, а $t$ — время прохождения сигнала туда и обратно. Прибор, реализующий этот метод, называется эхолотом.