Страница 156 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

2. Зубья вращающейся циркулярной пилы создают в воздухе звуковую волну. Как изменится высота звука, издаваемого пилой при её холостом ходе, если на ней начать распиливать толстую доску из плотной древесины? Почему?

Решение

Высота звука, которую мы слышим, является субъективным восприятием частоты звуковой волны. В случае с циркулярной пилой, источником звуковых колебаний являются её вращающиеся зубья, которые создают в воздухе периодические сжатия и разрежения.

Частота $ \nu $ (ню) этих колебаний, а следовательно, и высота звука, напрямую зависит от двух факторов: количества зубьев на диске пилы ($ z $) и частоты вращения самого диска ($ n $, количество оборотов в единицу времени). Эта зависимость выражается формулой: $ \nu = n \cdot z $. Из этой формулы видно, что высота звука прямо пропорциональна скорости вращения пилы.

Когда пила работает на холостом ходу, она не испытывает внешней нагрузки, кроме сопротивления воздуха и трения в механизме. Двигатель поддерживает высокую и относительно стабильную скорость вращения, поэтому мы слышим звук постоянной и высокой высоты.

Когда пила начинает распиливать толстую доску из плотной древесины, возникает значительная сила сопротивления со стороны материала. Эта сила создает нагрузку на двигатель пилы. Под воздействием этой нагрузки скорость вращения вала двигателя и, соответственно, самого пильного диска, падает. Это происходит потому, что для преодоления сопротивления древесины двигатель должен развивать больший крутящий момент, что для большинства электродвигателей, используемых в электроинструменте, сопровождается снижением оборотов.

Поскольку скорость вращения диска $ n $ уменьшается, то, согласно формуле $ \nu = n \cdot z $, частота звука $ \nu $ также уменьшается. Уменьшение частоты звуковой волны воспринимается на слух как понижение высоты тона звука.

Ответ: Высота звука, издаваемого пилой, понизится. Это произойдет потому, что при распиливании доски на двигатель пилы действует дополнительная нагрузка, из-за которой скорость вращения диска уменьшается. Так как высота звука определяется частотой, а частота прямо пропорциональна скорости вращения, то уменьшение скорости вращения приводит к уменьшению частоты и, следовательно, к понижению высоты звука.

3. Звуковая волна распространяется в стали со скоростью 5000 м/с. Найдите частоту этой волны, если её длина равна 16,06 м.

Дано:

Скорость звуковой волны в стали, $v = 5000$ м/с

Длина волны, $\lambda = 16,06$ м

Все данные представлены в системе СИ.

Найти:

Частоту этой волны, $\nu$

Решение:

Скорость распространения волны ($v$), её длина ($\lambda$) и частота ($\nu$) связаны между собой основной формулой волнового движения:

$v = \lambda \cdot \nu$

Для того чтобы найти частоту волны, необходимо выразить её из данной формулы:

$\nu = \frac{v}{\lambda}$

Подставим известные значения в формулу и выполним расчет:

$\nu = \frac{5000 \text{ м/с}}{16,06 \text{ м}} \approx 311,33 \text{ Гц}$

Ответ:

частота этой волны приблизительно равна 311,33 Гц.