Экспериментальное задание, страница 180 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Поставьте несколько пустых стеклянных бутылок в ряд, налейте в них воду, увеличивая в каждой последующей бутылке уровень налитой воды. Испытайте полученный музыкальный инструмент, ударяя по бутылкам ложкой. У какой бутылки высота тона звука будет выше? Объясните действие прибора.

Высота тона звука будет выше у той бутылки, в которой налито наименьшее количество воды.

Объяснение этого явления заключается в следующем. Источником звука при ударе ложкой по бутылке являются колебания системы, состоящей из стенок бутылки и воды внутри неё. Высота воспринимаемого нами тона напрямую зависит от частоты этих колебаний ($f$): чем выше частота, тем выше тон.

Частота собственных колебаний физической системы зависит от её свойств, в частности, от массы ($m$). В общем случае, чем больше масса колеблющейся системы, тем она более инертна и тем ниже частота её колебаний. Эта зависимость может быть выражена как $f \propto 1/\sqrt{m}$. В данном эксперименте, добавляя воду, мы увеличиваем общую массу колеблющейся системы.

В бутылке, где налито много воды, общая масса (стекло + вода) велика. Такая система будет колебаться с относительно низкой частотой, производя звук низкого тона.

В бутылке, где воды мало, общая масса системы меньше. Следовательно, эта система будет колебаться с более высокой частотой, создавая звук высокого тона. Пустая бутылка будет издавать самый высокий звук, так как её колеблющаяся масса минимальна.

Таким образом, этот импровизированный музыкальный инструмент работает за счёт изменения массы колеблющейся системы, что позволяет управлять частотой издаваемого звука.

Ответ: Высота тона звука будет выше у бутылки с наименьшим количеством воды.