Страница 174 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Расскажите о ходе опытов, изображённых на рисунках 120—123. Какой вывод из них следует?

Расскажите о ходе опытов, изображённых на рисунках 120–123. Какой вывод из них следует?

На рисунках изображены классические физические опыты, которые помогают понять природу звука:

• Рисунок 120 (Опыт с линейкой): Один конец гибкой линейки прижимают к столу, а другой, свободный конец, отклоняют и отпускают. Линейка начинает быстро колебаться, и мы слышим звук (гудение). Если остановить колебания линейки рукой, звук мгновенно прекращается. Этот опыт показывает, что звучащее тело колеблется.

• Рисунок 121 (Опыт с камертоном): Камертон — это U-образная металлическая вилка на ножке. Если ударить по его ветвям резиновым молоточком, камертон издаёт звук определённой высоты. Сами колебания ветвей почти незаметны. Чтобы их обнаружить, к звучащему камертону подносят лёгкий шарик, подвешенный на нити. Шарик начинает отскакивать от ветви, что наглядно демонстрирует её колебательное движение. Остановка колебаний рукой прекращает звук.

• Рисунок 122 (Опыт со звонком под колоколом): Электрический звонок помещают под стеклянный колокол, соединённый с вакуумным насосом. Когда звонок работает, его звук хорошо слышен. Затем из-под колокола начинают откачивать воздух. По мере того как воздуха становится меньше, звук звонка становится всё слабее и слабее. В состоянии, близком к вакууму, звук практически исчезает, хотя мы продолжаем видеть, как молоточек бьёт по чашечке звонка. Это доказывает, что для распространения звука необходима среда (в данном случае — воздух).

• Рисунок 123 (Схема распространения звуковой волны): Этот рисунок обычно иллюстрирует, как колебания источника звука (например, ветви камертона) передаются частицам окружающей среды. Колеблющееся тело поочерёдно то сжимает, то разрежает слои воздуха, прилегающие к нему. Эти области сжатия и разрежения распространяются во все стороны от источника, образуя звуковую волну.

Вывод из этих опытов:

Все эти опыты приводят к двум фундаментальным выводам о природе звука:

1. Причиной любого звука являются колебания тел. Чтобы тело издавало звук, оно должно вибрировать.

2. Для распространения звука от источника к приёмнику (например, к нашему уху) необходима упругая среда (газ, жидкость или твёрдое тело). В вакууме звук не распространяется.

Ответ: Опыты показывают, что источником звука являются колеблющиеся тела (линейка, камертон), а для распространения звуковых колебаний необходима материальная среда (например, воздух), поскольку в вакууме звук не распространяется. Следовательно, звук — это распространяющиеся в упругих средах механические колебания.

2. Что является источниками звука?

Источниками звука являются любые тела, совершающие механические колебания с частотой, которую способно воспринять ухо человека или животного. Для человека этот диапазон составляет примерно от 20 Гц до 20 000 Гц.

Любой колеблющийся предмет создаёт в окружающей его упругой среде (воздухе, воде и т.д.) звуковые волны. Таким образом, источником звука может быть:

• Твёрдое тело: струны музыкальных инструментов, мембрана барабана, корпус колокола, земная кора при землетрясении, голосовые связки человека и животных, диффузор громкоговорителя.

• Жидкость: колеблющиеся объёмы воды при волнении на море, при работе гребного винта корабля.

• Газ: столб воздуха в духовых инструментах (флейта, орган), воздух при взрыве или разряде молнии, струи газа, вырывающиеся из сопла реактивного двигателя.

Обобщая, источником звука является любое тело, находящееся в состоянии колебательного движения достаточной частоты и интенсивности.

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

2. Что является источниками звука?

Источниками звука являются любые колеблющиеся (вибрирующие) тела. Когда тело колеблется, оно создает в окружающей упругой среде (например, в воздухе, воде или твердом теле) последовательные области сжатия и разрежения. Эти области распространяются от источника в виде звуковой волны. Любой объект, который вибрирует, может быть источником звука.

Все источники звука можно условно разделить на две большие группы: естественные и искусственные.

К естественным (природным) источникам относятся, например, голосовые связки людей и животных, которые колеблются под действием проходящего воздуха; раскаты грома, возникающие из-за резкого расширения воздуха при разряде молнии; шелест листьев на ветру; шум водопада или морского прибоя; пение птиц и стрекот насекомых.

К искусственным (созданным человеком) источникам относятся музыкальные инструменты, в которых звук создается за счет колебаний различных элементов: струн (гитара, скрипка), мембран (барабан), столба воздуха (флейта, труба). Другими примерами являются камертон, вибрирующая мембрана динамика в колонках или наушниках, работающие двигатели и механизмы, сирены, колокола.

Таким образом, фундаментальным свойством любого источника звука является его способность совершать колебания и передавать их окружающей среде.

Ответ:

Источниками звука являются любые колеблющиеся тела, которые создают в упругой среде звуковые волны.

3. Механические колебания каких частот называют звуковыми и почему?

Механические колебания каких частот называют звуковыми и почему?

Звуковыми (или акустическими) колебаниями называют механические колебания, частота которых находится в диапазоне, воспринимаемом человеческим ухом. Условно этот диапазон простирается от $16-20 \text{ Гц}$ (герц) до $20 \text{ кГц}$ (килогерц).

Такие колебания называются звуковыми именно потому, что они являются физической основой звука. Распространяясь в упругой среде (например, в воздухе, воде или твердом теле) в виде волн, они воздействуют на барабанную перепонку уха, вызывая у человека и животных слуховые ощущения. Колебания с частотами ниже или выше этого диапазона человеческий слуховой аппарат не воспринимает.

Ответ: Звуковыми называют механические колебания с частотой в диапазоне от $16-20 \text{ Гц}$ до $20 \text{ кГц}$, потому что колебания именно этих частот способны вызывать слуховые ощущения у человека.

4. Какие колебания называют ультразвуковыми; инфразвуковыми?

Ультразвуковыми (от лат. ultra — «сверх», «за пределами») называют упругие колебания, частота которых превышает верхнюю границу слышимого человеком диапазона, то есть колебания с частотой более $20 \text{ кГц}$. Человек не слышит ультразвук, однако его воспринимают и используют для ориентации в пространстве и общения многие животные, например, дельфины и летучие мыши. Ультразвук нашел широкое применение в медицине (УЗИ-диагностика) и технике (дефектоскопия, очистка поверхностей).

Инфразвуковыми (от лат. infra — «ниже», «под») называют упругие колебания, частота которых ниже диапазона, воспринимаемого человеческим ухом, то есть колебания с частотой менее $16-20 \text{ Гц}$. Источниками инфразвука могут быть как природные явления (землетрясения, извержения вулканов, сильный ветер), так и техногенные объекты (работающие станки, транспорт). Хотя инфразвук не слышен, он может оказывать физиологическое воздействие на организм человека.

Ответ: Ультразвуковыми называют колебания с частотой свыше $20 \text{ кГц}$; инфразвуковыми — колебания с частотой ниже $16-20 \text{ Гц}$.

4. Какие колебания называют ультразвуковыми; инфразвуковыми?

Ультразвуковыми колебаниями, или ультразвуком, называют механические упругие колебания, частота которых ($f$) превышает верхний предел слышимости человеческого уха. Человек способен слышать звуковые колебания в диапазоне частот от 16–20 герц (Гц) до 20 000 герц (20 килогерц, кГц). Соответственно, ультразвуком являются колебания с частотой выше 20 кГц. Формульно это можно записать как $f > 20 \text{ кГц}$.

Инфразвуковыми колебаниями, или инфразвуком, называют механические упругие колебания, частота которых ($f$) ниже порога слышимости человеческого уха. Обычно за нижнюю границу этого диапазона принимают частоту 16 Гц. Таким образом, инфразвуком являются колебания с частотой менее 16 Гц. Формульно: $f < 16 \text{ Гц}$.

Ответ: Ультразвуковые колебания — это колебания с частотой выше 20 кГц. Инфразвуковые колебания — это колебания с частотой ниже 16 Гц.

5. Измерение глубины моря методом эхолокации основано на явлении отражения звуковых волн (эха) от препятствия, в данном случае — от морского дна. Этот метод реализуется с помощью специального прибора — эхолота.

Дано:

$t$ — время, прошедшее с момента отправки звукового сигнала до момента приема отраженного сигнала (эха), с.

$v$ — скорость распространения звука в воде, м/с (среднее значение около 1500 м/с, но зависит от температуры, солености и давления).

Найти:

$h$ — глубина моря, м.

Решение:

Эхолот, установленный на судне, посылает в сторону дна короткий звуковой импульс. Чаще всего используется ультразвук, так как он обладает высокой частотой, что позволяет сформировать узконаправленный луч, который меньше рассеивается и лучше отражается от дна. Этот импульс распространяется в воде со скоростью $v$, достигает дна и отражается от него.

Отраженный сигнал (эхо) возвращается к судну и улавливается приемником эхолота. Прибор измеряет полный промежуток времени $t$ между моментом посылки импульса и моментом приема эха.

За это время $t$ звук проходит расстояние, равное удвоенной глубине моря: сначала от судна до дна (путь $h$), а затем от дна обратно к судну (еще один путь $h$). Таким образом, общий путь, пройденный звуком, равен $S = 2h$.

Зная, что расстояние равно произведению скорости на время ($S = v \cdot t$), мы можем составить уравнение:

$2h = v \cdot t$

Из этого уравнения выражаем искомую глубину $h$:

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

Таким образом, измерив время задержки эха $t$ и зная точное значение скорости звука в данном районе $v$, можно с высокой точностью определить глубину моря.

Ответ: Глубину моря $h$ методом эхолокации определяют, измеряя время $t$ прохождения звукового сигнала от судна до дна и обратно. Зная скорость звука в воде $v$, глубину рассчитывают по формуле $h = \frac{v \cdot t}{2}$.

5. Расскажите об измерении глубины моря методом эхолокации.

5. Решение

Измерение глубины моря методом эхолокации — это способ определения расстояния до дна, основанный на отправке звукового сигнала и измерении времени, которое требуется для возвращения его отражения (эха). Для этого используется специальный прибор, называемый эхолотом или сонаром.

Процесс измерения состоит из нескольких этапов:

1. Излучение сигнала: Эхолот, установленный на корабле, генерирует короткий звуковой импульс (часто ультразвуковой, то есть с частотой выше порога слышимости человека) и направляет его вертикально вниз.

2. Распространение и отражение: Звуковая волна движется через толщу воды, достигает дна и отражается от него.

3. Прием эхо-сигнала: Отраженная от дна волна (эхо) возвращается к судну, где ее улавливает чувствительный приемник эхолота.

Ключевым элементом метода является точное измерение времени $t$, прошедшего с момента излучения звукового импульса до момента приема его эха.

За это время $t$ звук проходит путь, равный удвоенной глубине $h$ в данном месте (путь до дна и обратно). Зная скорость распространения звука в воде $v$, глубину можно вычислить по формуле. Общий пройденный путь $S$ равен $2h$. Так как $S = v \cdot t$, то получаем:

$2h = v \cdot t$

Отсюда формула для нахождения глубины:

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

Для расчетов важно знать точное значение скорости звука в воде $v$. Эта величина не постоянна и зависит от температуры, солености и давления (то есть глубины). В среднем, для морской воды принимают значение $v \approx 1500$ м/с. Современные эхолоты учитывают эти факторы для получения более точных результатов и позволяют создавать подробные карты рельефа дна (батиметрические карты).

Ответ: Метод измерения глубины моря с помощью эхолокации заключается в том, что с судна посылают звуковой сигнал ко дну и измеряют время $t$, за которое сигнал доходит до дна, отражается и возвращается обратно. Глубину моря $h$ определяют по формуле $h = \frac{v \cdot t}{2}$, где $v$ — скорость звука в воде (приблизительно 1500 м/с).