Το ηχητικό κύμα ταξιδεύει από το νερό στον αέρα. διάδοση του ήχου

Η διάδοση του ήχου απαιτεί ένα ελαστικό μέσο. Στο κενό, τα ηχητικά κύματα δεν μπορούν να διαδοθούν, καθώς δεν υπάρχει τίποτα να δονείται εκεί. Αυτό μπορεί να φανεί στο απλή εμπειρία. Εάν τοποθετήσουμε ένα ηλεκτρικό κουδούνι κάτω από ένα γυάλινο κουδούνι, καθώς ο αέρας αντλείται από κάτω από το κουδούνι, θα διαπιστώσουμε ότι ο ήχος από το κουδούνι θα γίνεται όλο και πιο αδύναμος μέχρι να σταματήσει τελείως.

ήχος στα αέρια. Είναι γνωστό ότι κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας βλέπουμε πρώτα μια αστραπή και μόνο μετά από λίγο ακούμε βροντή (Εικ. 52). Αυτή η καθυστέρηση οφείλεται στο γεγονός ότι η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι πολύ μικρότερη από την ταχύτητα του φωτός που προέρχεται από κεραυνό.

Η ταχύτητα του ήχου στον αέρα μετρήθηκε για πρώτη φορά το 1636 από τον Γάλλο επιστήμονα M. Mersenne. Σε θερμοκρασία 20 ° C, είναι ίση με 343 m / s, δηλαδή 1235 km / h. Σημειώστε ότι σε αυτήν την τιμή μειώνεται η ταχύτητα μιας σφαίρας που εκτοξεύεται από πολυβόλο Καλάσνικοφ (PK) σε απόσταση 800 μέτρων. ταχύτητα εκκίνησηςσφαίρες 825 m / s, το οποίο είναι πολύ υψηλότερο από την ταχύτητα του ήχου στον αέρα. Επομένως, ένα άτομο που ακούει τον ήχο ενός πυροβολισμού ή το σφύριγμα μιας σφαίρας δεν χρειάζεται να ανησυχεί: αυτή η σφαίρα το έχει ήδη περάσει. Η σφαίρα ξεπερνά τον ήχο του πυροβολισμού και φτάνει στο θύμα της πριν φτάσει ο ήχος.

Η ταχύτητα του ήχου εξαρτάται από τη θερμοκρασία του μέσου: με αύξηση της θερμοκρασίας του αέρα, αυξάνεται και με μείωση, μειώνεται. Στους 0 °C, η ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι 331 m/s.
Ο ήχος ταξιδεύει με διαφορετικές ταχύτητες σε διαφορετικά αέρια. Όσο μεγαλύτερη είναι η μάζα των μορίων αερίου, τόσο μικρότερη είναι η ταχύτητα του ήχου σε αυτό. Έτσι, σε θερμοκρασία 0 ° C, η ταχύτητα του ήχου στο υδρογόνο είναι 1284 m/s, στο ήλιο - 965 m/s και στο οξυγόνο - 316 m/s.

Ήχος σε υγρά. Η ταχύτητα του ήχου στα υγρά είναι γενικά μεγαλύτερη από την ταχύτητα του ήχου στα αέρια. Η ταχύτητα του ήχου στο νερό μετρήθηκε για πρώτη φορά το 1826 από τους J. Colladon και J. Sturm. Πραγματοποίησαν τα πειράματά τους στη λίμνη της Γενεύης στην Ελβετία (Εικ. 53). Σε μια βάρκα έβαλαν φωτιά σε μπαρούτι και ταυτόχρονα χτύπησαν μια καμπάνα που κατέβασε στο νερό. Ο ήχος αυτού του κουδουνιού, με τη βοήθεια ειδικής κόρνας, που επίσης κατέβηκε στο νερό, πιάστηκε σε άλλο σκάφος, το οποίο βρισκόταν σε απόσταση 14 χιλιομέτρων από το πρώτο. Η ταχύτητα του ήχου στο νερό προσδιορίστηκε από το χρονικό διάστημα μεταξύ της λάμψης του φωτός και της άφιξης του ηχητικού σήματος. Σε θερμοκρασία 8 °C, αποδείχθηκε ότι ήταν περίπου 1440 m/s.

Στα σύνορα δύο διαφορετικών περιβαλλόντων ηχητικό κύμααντανακλάται, και μερικά περνάει. Όταν ο ήχος περνά από τον αέρα στο νερό, το 99,9% της ηχητικής ενέργειας ανακλάται πίσω, αλλά η πίεση στο ηχητικό κύμα που έχει περάσει στο νερό είναι σχεδόν 2 φορές μεγαλύτερη. Η ακουστική συσκευή των ψαριών αντιδρά ακριβώς σε αυτό. Επομένως, για παράδειγμα, κραυγές και θόρυβοι πάνω από την επιφάνεια του νερού είναι ο σωστός τρόποςτρομάξτε τα θαλάσσια πλάσματα. Αυτές οι κραυγές δεν θα κουφώσουν ένα άτομο που βρίσκεται κάτω από το νερό: όταν βυθιστεί στο νερό, τα "βύσματα" αέρα θα παραμείνουν στα αυτιά του, τα οποία θα τον σώσουν από υπερφόρτωση ήχου.

Όταν ο ήχος περνά από το νερό στον αέρα, το 99,9% της ενέργειας αντανακλάται ξανά. Αλλά αν η ηχητική πίεση αυξήθηκε κατά τη μετάβαση από τον αέρα στο νερό, τώρα, αντίθετα, μειώνεται απότομα. Αυτός είναι ο λόγος, για παράδειγμα, που ο ήχος που εμφανίζεται κάτω από το νερό όταν μια πέτρα χτυπά μια άλλη δεν φτάνει σε ένα άτομο στον αέρα.

Αυτή η συμπεριφορά του ήχου στα σύνορα μεταξύ νερού και αέρα έδωσε λόγο στους προγόνους μας να σκεφτούν υποθαλάσσιο κόσμο«κόσμος της σιωπής». Εξ ου και η έκφραση: «Είναι χαζό σαν το ψάρι». Ωστόσο, ακόμη και ο Λεονάρντο ντα Βίντσι πρότεινε να ακούτε υποβρύχιους ήχους βάζοντας το αυτί σας σε ένα κουπί που έχει χαμηλώσει στο νερό. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο, μπορείτε να δείτε ότι τα ψάρια είναι στην πραγματικότητα αρκετά ομιλητικά.

Ήχος μέσα στερεά . Η ταχύτητα του ήχου στα στερεά είναι μεγαλύτερη από ότι στα υγρά και τα αέρια. Εάν βάλετε το αυτί σας στη ράγα, τότε αφού χτυπήσετε την άλλη άκρη της ράγας, θα ακούσετε δύο ήχους. Ένα από αυτά θα φτάσει στο αυτί σας κατά μήκος της ράγας, το άλλο - μέσω του αέρα.

Η γη έχει καλή αγωγιμότητα ήχου. Ως εκ τούτου, στα παλιά χρόνια, κατά τη διάρκεια μιας πολιορκίας, στα τείχη του φρουρίου τοποθετούνταν «ακροατές», οι οποίοι με τον ήχο που μεταδιδόταν από τη γη, μπορούσαν να καθορίσουν εάν ο εχθρός έσκαβε στα τείχη ή όχι. , ακολούθησαν και την προσέγγιση του εχθρικού ιππικού.

Τα στερεά σώματα μεταφέρουν καλά τον ήχο. Εξαιτίας αυτού, οι άνθρωποι που έχουν χάσει την ακοή τους είναι μερικές φορές σε θέση να χορεύουν με μουσική που φτάνει στα ακουστικά τους νεύρα όχι μέσω του αέρα και του εξωτερικού αυτιού, αλλά μέσω του δαπέδου και των οστών.

1. Γιατί, κατά τη διάρκεια μιας καταιγίδας, βλέπουμε πρώτα κεραυνούς και μόνο μετά ακούμε βροντή; 2. Τι καθορίζει την ταχύτητα του ήχου στα αέρια; 3. Γιατί ένα άτομο που στέκεται στην όχθη ενός ποταμού δεν ακούει τους ήχους που εμφανίζονται κάτω από το νερό; 4. Γιατί οι «ακροατές» που στην αρχαιότητα παρακολουθούσαν τις χωματουργικές εργασίες του εχθρού ήταν συχνά τυφλοί;

Πειραματική εργασία.Βάζοντας στη μία άκρη της σανίδας (ή ενός μακρύ ξύλινου χάρακα) ΡΟΛΟΙ ΧΕΙΡΟΣ, συνδέστε το αυτί σας στο άλλο άκρο του. Τι ακούς? Εξηγήστε το φαινόμενο.

Όταν ολοκληρώνετε την εργασία 22 με μια λεπτομερή απάντηση, σημειώστε πρώτα τον αριθμό της εργασίας και μετά την απάντηση σε αυτήν. Μια πλήρης απάντηση θα πρέπει να περιλαμβάνει όχι μόνο την απάντηση στην ερώτηση, αλλά και τη λεπτομερή, λογικά συνδεδεμένη αιτιολόγησή της.

Ένα ποτήρι ζεστό τσάι έμεινε σε ένα μεγάλο δροσερό δωμάτιο. Με την πάροδο του χρόνου, η θερμοκρασία του τσαγιού προσέγγισε τη θερμοκρασία του περιβάλλοντος αέρα. Πώς άλλαξε η ένταση; θερμική ακτινοβολίακαι απορρόφηση θερμότητας του τσαγιού; Εξηγήστε την απάντηση.

Δείξε την απάντηση

Δείγμα πιθανής απάντησης

Η ένταση της θερμικής ακτινοβολίας μειώθηκε, η ένταση της θερμικής απορρόφησης ουσιαστικά δεν άλλαξε.

Το τσάι, αφενός, εκπέμπει ακτίνες θερμότητας, αφετέρου, απορροφά τη θερμική ακτινοβολία από τον περιβάλλοντα αέρα. Αρχικά κυριαρχεί η διαδικασία της ακτινοβολίας και το τσάι κρυώνει. Καθώς η θερμοκρασία μειώνεται, η ένταση της θερμικής ακτινοβολίας από το τσάι μειώνεται μέχρι να εξισωθεί με την ένταση της απορρόφησης της θερμικής ακτινοβολίας από τον αέρα του δωματίου. Επιπλέον, η θερμοκρασία του τσαγιού δεν αλλάζει.

Όταν ολοκληρώνετε τις εργασίες 23–26, σημειώστε πρώτα τον αριθμό της εργασίας και μετά την απάντηση σε αυτήν.

Συναρμολογήστε μια πειραματική ρύθμιση για να μελετήσετε την εξάρτηση από τη δύναμη ηλεκτρικό ρεύμαστην αντίσταση από την τάση στα άκρα της. Χρησιμοποιήστε πηγή ρεύματος 4,5 V, βολτόμετρο, αμπερόμετρο, κλειδί, ρεοστάτη, καλώδια σύνδεσης, αντίσταση με την ένδειξη R 1 .

Στο φύλλο απαντήσεων

1) σχεδιάστε το ηλεκτρικό κύκλωμα του πειράματος.

2) ρυθμίζοντας με τη βοήθεια ρεοστάτη με τη σειρά της την ένταση του ρεύματος γ. κυκλώματα 0,4 A, 0,5 A και 0,6 A και μετρώντας σε κάθε περίπτωση την τιμή ηλεκτρική τάσηστα άκρα της αντίστασης, υποδείξτε τα αποτελέσματα της μέτρησης του ρεύματος και της τάσης για τρεις περιπτώσειςμε τη μορφή πίνακα (ή γραφήματος).

3) διατυπώστε ένα συμπέρασμα σχετικά με την εξάρτηση του ηλεκτρικού ρεύματος στην αντίσταση από την τάση στα άκρα της.

Δείξε την απάντηση

1) Σχέδιο πειραματική ρύθμιση

2)

3) Συμπέρασμα: με αύξηση της ισχύος ρεύματος στον αγωγό, αυξάνεται και η τάση που εμφανίζεται στα άκρα του αγωγού.

Η εργασία 24 είναι μια ερώτηση που απαιτεί γραπτή απάντηση. Μια πλήρης απάντηση θα πρέπει να περιλαμβάνει όχι μόνο την απάντηση στην ερώτηση, αλλά και τη λεπτομερή, λογικά συνδεδεμένη αιτιολόγησή της.

Το μοντέλο του σκάφους επιπλέει σε ένα βάζο με νερό. Θα αλλάξει το βάθος βύθισης (βύθισης) του σκάφους (και αν ναι, πώς) εάν μετακινηθεί από τη Γη στη Σελήνη; Εξηγήστε την απάντηση.

Δείξε την απάντηση

Δείγμα πιθανής απάντησης

Δεν θα αλλάξει.

Το σκάφος βυθίζεται στο νερό έως ότου η άνωση που ασκεί στο σκάφος από την πλευρά του νερού εξισορροπεί τη δύναμη της βαρύτητας. Το βάθος βύθισης (βύθισμα) του σκάφους καθορίζεται από την εκπλήρωση της προϋπόθεσης: F tyazh = F vyt (1). Επιτάχυνση ελεύθερη πτώσηλιγότερο στη Σελήνη παρά στη Γη. Επειδή όμως και οι δύο δυνάμεις είναι ευθέως ανάλογες με την επιτάχυνση της ελεύθερης πτώσης, τότε και οι δύο δυνάμεις F heavy και F vyt θα μειωθούν σε τον ίδιο αριθμόφορές, και δεν παραβιάζεται η ισότητα (1).

Για τις εργασίες 25–26, πρέπει να γράψετε ολοκληρωμένη λύση, που περιλαμβάνει το λήμμα βραχυπρόθεσμαεργασία (Δεδομένη), σύνταξη τύπων, η χρήση των οποίων είναι απαραίτητη και επαρκής για την επίλυση του προβλήματος, καθώς και μαθηματικούς μετασχηματισμούςκαι υπολογισμοί που οδηγούν σε μια αριθμητική απάντηση.

Γνωρίζουμε ότι ο ήχος ταξιδεύει στον αέρα. Γι' αυτό μπορούμε να ακούσουμε. Κανένας ήχος δεν μπορεί να υπάρξει στο κενό. Αν όμως ο ήχος μεταδίδεται μέσω του αέρα, λόγω της αλληλεπίδρασης των σωματιδίων του, δεν θα μεταδοθεί από άλλες ουσίες; Θα είναι.

Διάδοση και ταχύτητα ήχου σε διαφορετικά μέσα

Ο ήχος δεν μεταδίδεται μόνο με τον αέρα. Μάλλον όλοι γνωρίζουν ότι αν βάλεις το αυτί σου στον τοίχο, μπορείς να ακούσεις συζητήσεις επόμενο δωμάτιο. ΣΤΟ αυτή η υπόθεσηο ήχος μεταδίδεται μέσω του τοίχου. Οι ήχοι διαδίδονται στο νερό και σε άλλα μέσα. Επιπλέον, η διάδοση του ήχου μέσα διάφορα περιβάλλοντασυμβαίνει διαφορετικά. Η ταχύτητα του ήχου ποικίλλειανάλογα με την ουσία.

Περιέργως, η ταχύτητα διάδοσης του ήχου στο νερό είναι σχεδόν τέσσερις φορές μεγαλύτερη από ό,τι στον αέρα. Δηλαδή, τα ψάρια ακούνε «γρηγορότερα» από εμάς. Στα μέταλλα και το γυαλί, ο ήχος ταξιδεύει ακόμα πιο γρήγορα. Αυτό συμβαίνει επειδή ο ήχος είναι μια δόνηση του μέσου και τα ηχητικά κύματα ταξιδεύουν πιο γρήγορα σε μέσα με καλύτερη αγωγιμότητα.

Η πυκνότητα και η αγωγιμότητα του νερού είναι μεγαλύτερη από αυτή του αέρα, αλλά μικρότερη από αυτή του μετάλλου. Κατά συνέπεια, ο ήχος μεταδίδεται διαφορετικά. Όταν μετακινείστε από το ένα μέσο στο άλλο, η ταχύτητα του ήχου αλλάζει.

Το μήκος ενός ηχητικού κύματος αλλάζει επίσης καθώς περνά από το ένα μέσο στο άλλο. Μόνο η συχνότητά του παραμένει ίδια. Αλλά γι' αυτό μπορούμε να διακρίνουμε ποιος μιλάει συγκεκριμένα ακόμα και μέσα από τους τοίχους.

Εφόσον ο ήχος είναι δονήσεις, όλοι οι νόμοι και οι τύποι για τους κραδασμούς και τα κύματα ισχύουν καλά για τις δονήσεις ήχου. Κατά τον υπολογισμό της ταχύτητας του ήχου στον αέρα, θα πρέπει επίσης να ληφθεί υπόψη το γεγονός ότι αυτή η ταχύτητα εξαρτάται από τη θερμοκρασία του αέρα. Καθώς η θερμοκρασία αυξάνεται, η ταχύτητα διάδοσης του ήχου αυξάνεται. Στο φυσιολογικές συνθήκεςη ταχύτητα του ήχου στον αέρα είναι 340.344 m/s.

ηχητικά κύματα

Τα ηχητικά κύματα, όπως είναι γνωστό από τη φυσική, διαδίδονται μέσα ελαστικά μέσα. Γι' αυτό οι ήχοι μεταδίδονται καλά από τη γη. Βάζοντας το αυτί σας στο έδαφος, μπορείτε να ακούσετε από μακριά τον ήχο των βημάτων, τον κρότο των οπλών και ούτω καθεξής.

Στην παιδική ηλικία, όλοι πρέπει να διασκέδαζαν βάζοντας το αυτί τους στις ράγες. Ο ήχος των τροχών του τρένου μεταδίδεται κατά μήκος των σιδηροτροχιών για αρκετά χιλιόμετρα. Για να δημιουργηθεί το αντίστροφο αποτέλεσμα της ηχοαπορρόφησης, χρησιμοποιούνται μαλακά και πορώδη υλικά.

Για παράδειγμα, για να προστατεύσετε ένα δωμάτιο από εξωτερικούς ήχους ή, αντίθετα, για να αποτρέψετε τη διαφυγή ήχων από το δωμάτιο προς τα έξω, το δωμάτιο υποβάλλεται σε επεξεργασία και ηχομόνωση. Οι τοίχοι, το δάπεδο και η οροφή είναι επενδυμένα με ειδικά υλικά με βάση τα αφρώδες πολυμερή. Σε μια τέτοια ταπετσαρία, όλοι οι ήχοι υποχωρούν πολύ γρήγορα.