Номер 8, страница 180 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

8. Что такое акустический резонанс? Что такое эхо?

Что такое акустический резонанс?

Акустический резонанс — это явление, при котором акустическая система (например, струна музыкального инструмента, столб воздуха в трубе, корпус гитары) начинает колебаться со значительно увеличенной амплитудой, когда на неё воздействует звуковая волна с частотой, совпадающей или очень близкой к одной из её собственных (резонансных) частот колебаний.

В основе явления лежит эффективная передача энергии от источника звука к колеблющейся системе (резонатору). Когда частота вынуждающей силы (звуковой волны) $f_{внешн}$ совпадает с собственной частотой системы $f_{собств}$, каждая следующая волна приходит в такой фазе, что усиливает уже существующие в системе колебания. Это приводит к резкому росту амплитуды.

Примеры акустического резонанса:

• Музыкальные инструменты: Корпус скрипки или гитары (дека) резонирует с колебаниями струн, усиливая звук и обогащая его тембр. В духовых инструментах (флейта, труба) резонирует столб воздуха внутри инструмента, создавая ноты определённой высоты.
• Резонатор Гельмгольца: Если подуть над горлышком пустой бутылки, можно услышать гул. Это воздух внутри бутылки резонирует на своей основной частоте.
• Голос и пение: Речевой аппарат человека использует резонаторы (полости рта, носа, глотки) для усиления и формирования звука. Оперные певцы могут силой голоса разбить бокал, если частота их голоса совпадёт с резонансной частотой бокала.
• Архитектурная акустика: В помещениях могут возникать "стоячие волны" на определённых частотах, соответствующих размерам комнаты. Это приводит к тому, что некоторые звуки кажутся неестественно громкими в определённых точках.

Ответ: Акустический резонанс — это явление резкого возрастания амплитуды колебаний в акустической системе, когда частота внешнего звукового воздействия совпадает с одной из собственных частот колебаний этой системы.

Что такое эхо?

Эхо — это звуковая волна, отражённая от какого-либо препятствия (например, горы, стены здания, леса) и вернувшаяся к источнику звука или наблюдателю через некоторое время после испускания первоначального сигнала.

Чтобы человеческое ухо смогло различить первоначальный звук и его отражение как два отдельных события, временной промежуток между ними должен быть достаточно большим. Минимальная задержка, необходимая для восприятия эха, составляет примерно 0,05–0,1 секунды. Если отражённые звуки приходят с меньшей задержкой, они сливаются с исходным звуком, продлевая его. Это явление называется реверберацией.

Расстояние до препятствия, необходимое для возникновения эха, можно рассчитать. Звук должен пройти путь до препятствия и обратно. Это расстояние равно $2d$, где $d$ — расстояние до препятствия. Время задержки $t$ вычисляется по формуле:

$t = \frac{2d}{v_{звука}}$

где $v_{звука}$ — скорость звука в среде (в воздухе при 20°C примерно 343 м/с). Для минимальной задержки $t \approx 0,05$ с, минимальное расстояние до препятствия составит:

$d = \frac{v_{звука} \cdot t}{2} = \frac{343 \, м/с \cdot 0,05 \, с}{2} \approx 8,6 \, м$

Таким образом, для возникновения отчётливого эха препятствие должно находиться на расстоянии не менее 8-9 метров, а в идеале — более 17 метров (для задержки в 0,1 с).

Примеры и применение эха:

• В природе: крик в горах или в большом ущелье.
• Эхолокация: Используется летучими мышами, дельфинами и некоторыми другими животными для навигации и охоты. Они издают звуковые сигналы и анализируют возвратившееся эхо.
• Техника и медицина: На принципе эха работают сонары (гидролокаторы) для исследования морского дна и обнаружения подводных объектов, а также аппараты ультразвукового исследования (УЗИ) в медицине для визуализации внутренних органов.

Ответ: Эхо — это звуковая волна, отражённая от какого-либо препятствия и воспринятая наблюдателем как отдельный от первоначального звуковой сигнал.