Страница 180 - гдз по физике 9 класс учебник Пёрышкин, Гутник

1. Какое насекомое чаще машет крыльями в полёте — шмель, комар или муха? Почему вы так думаете?

1. Решение

Частота взмахов крыльев насекомого в полете напрямую связана с высотой тона звука, который оно издает. Звук, который мы слышим, — это результат колебаний воздуха, создаваемых крыльями. Чем чаще насекомое машет крыльями, тем выше частота звуковых колебаний и, следовательно, тем выше (тоньше) звук, который мы воспринимаем. Связь между частотой колебаний $ν$ (в Герцах) и высотой тона прямая: выше частота — выше тон.

Давайте сравним звуки, издаваемые шмелем, мухой и комаром на основе нашего жизненного опыта:

• Шмель издает низкий, басовитый гул. Это говорит о том, что частота взмахов его крыльев относительно невелика. Типичная частота взмахов крыльев шмеля составляет примерно 130–240 взмахов в секунду ($ν_{шмеля} \approx 130-240$ Гц).
• Муха жужжит на более высоких нотах, чем шмель. Следовательно, частота взмахов ее крыльев выше. Частота взмахов крыльев комнатной мухи — около 200–350 взмахов в секунду ($ν_{мухи} \approx 200-350$ Гц).
• Комар издает самый высокий и тонкий звук — писк. Это означает, что его крылья колеблются с наибольшей частотой среди этих трех насекомых. Частота взмахов крыльев комара может достигать 500–1000 взмахов в секунду ($ν_{комара} \approx 500-1000$ Гц).

Таким образом, сравнивая высоту тона звуков, издаваемых насекомыми, можно сделать вывод о частоте взмахов их крыльев. Самый высокий звук у комара, значит, он машет крыльями чаще всех.

Ответ: Чаще всех в полете машет крыльями комар. Мы можем судить об этом по высоте звука, который издает насекомое: чем выше и тоньше звук (писк), тем больше частота колебаний крыльев. У комара самый высокий звук, у шмеля — самый низкий.

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

Высота звука напрямую зависит от частоты звуковой волны. Чем выше частота колебаний источника звука, тем выше тон звука, который мы слышим.

Решение

Источником звука в данном случае являются зубья вращающейся циркулярной пилы. Частота звука $ \nu $, который они создают, прямо пропорциональна скорости вращения диска пилы. Если обозначить частоту вращения диска как $ f $ (количество оборотов в секунду), а количество зубьев на диске как $ N $, то частота звука будет равна $ \nu = N \cdot f $.

Когда пила начинает распиливать толстую доску из плотной древесины, на двигатель пилы возникает дополнительная нагрузка. Сила сопротивления материала (древесины) тормозит вращение диска. В результате этого скорость (частота) вращения диска $ f $ уменьшается.

Так как количество зубьев $ N $ на диске является постоянной величиной, а частота вращения $ f $ уменьшается, то, согласно формуле, частота звука $ \nu $ также уменьшится.

Уменьшение частоты звуковой волны воспринимается человеческим слухом как понижение высоты тона звука.

Ответ: Высота звука, издаваемого пилой, понизится. Это происходит потому, что при распиливании плотной древесины на двигатель пилы действует большая нагрузка, что приводит к уменьшению скорости вращения диска. Уменьшение скорости вращения, в свою очередь, вызывает уменьшение частоты звуковой волны, создаваемой зубьями пилы, а следовательно, и понижение высоты звука.