เมื่อเสียงผ่านจากอากาศสู่น้ำ เสียงในสภาพแวดล้อมต่างๆ

เรารู้ว่าเสียงเดินทางผ่านอากาศ นั่นคือเหตุผลที่เราได้ยิน ไม่มีเสียงใดสามารถอยู่ในสุญญากาศได้ แต่ถ้าเสียงถูกส่งผ่านอากาศเนื่องจากการทำงานร่วมกันของอนุภาค เสียงจะไม่ถูกส่งผ่านโดยสสารอื่นหรือ? จะ.

การแพร่กระจายและความเร็วของเสียงในสื่อต่างๆ

เสียงไม่ได้ถูกส่งผ่านทางอากาศเท่านั้น ทุกคนคงทราบดีว่าถ้าคุณเอาหูแนบกับผนัง คุณจะได้ยินเสียงสนทนา ห้องถัดไป. ที่ กรณีนี้เสียงจะถูกส่งผ่านผนัง เสียงแพร่กระจายในน้ำและในสื่ออื่นๆ นอกจากนี้ การแพร่กระจายของเสียงในสภาพแวดล้อมต่างๆ เกิดขึ้นในรูปแบบต่างๆ กัน ความเร็วของเสียงแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับสาร

น่าแปลกที่ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงในน้ำนั้นสูงกว่าในอากาศเกือบสี่เท่า นั่นคือปลาได้ยิน "เร็ว" กว่าที่เราได้ยิน ในโลหะและแก้ว เสียงเดินทางได้เร็วยิ่งขึ้น นี่เป็นเพราะเสียงคือการสั่นสะเทือนของตัวกลาง และคลื่นเสียงเดินทางได้เร็วกว่าในตัวกลางที่มีค่าการนำไฟฟ้าดีกว่า

ความหนาแน่นและการนำไฟฟ้าของน้ำมีมากกว่าอากาศ แต่น้อยกว่าโลหะ ดังนั้นการส่งเสียงจึงแตกต่างกัน เมื่อเคลื่อนที่จากสื่อหนึ่งไปยังอีกสื่อหนึ่ง ความเร็วของเสียงจะเปลี่ยนไป

ความยาวของคลื่นเสียงยังเปลี่ยนไปเมื่อผ่านจากตัวกลางหนึ่งไปยังอีกตัวกลาง มีเพียงความถี่เท่านั้นที่ยังคงเหมือนเดิม แต่นั่นเป็นเหตุผลที่เราแยกแยะได้ว่าใครพูดโดยเฉพาะเจาะจงแม้ทะลุกำแพง

เนื่องจากเสียงคือการสั่นสะเทือน กฎและสูตรทั้งหมดสำหรับการสั่นสะเทือนและคลื่นจึงใช้ได้กับการสั่นสะเทือนของเสียง เมื่อคำนวณความเร็วของเสียงในอากาศ เราควรคำนึงถึงข้อเท็จจริงที่ว่าความเร็วนี้ขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของอากาศด้วย เมื่ออุณหภูมิเพิ่มขึ้น ความเร็วของการแพร่กระจายเสียงจะเพิ่มขึ้น ที่ สภาวะปกติความเร็วของเสียงในอากาศคือ 340,344 m/s

คลื่นเสียง

คลื่นเสียง ตามที่ทราบจากฟิสิกส์ แพร่กระจายในสื่อยืดหยุ่น นั่นคือเหตุผลที่เสียงถูกส่งมาจากโลก วางหูลงกับพื้น คุณจะได้ยินเสียงฝีเท้า เสียงกีบเท้า และอื่นๆ จากระยะไกล

ในวัยเด็ก ทุกคนต้องเคยสนุกสนานกับการเอาหูแนบราง เสียงของล้อรถไฟถูกส่งไปตามรางเป็นระยะทางหลายกิโลเมตร เพื่อสร้างเอฟเฟกต์ย้อนกลับของการดูดซับเสียง ใช้วัสดุที่อ่อนนุ่มและมีรูพรุน

ตัวอย่างเช่น เพื่อป้องกันห้องจากเสียงภายนอก หรือในทางกลับกัน เพื่อป้องกันไม่ให้เสียงเล็ดลอดออกจากห้องออกสู่ภายนอก ห้องจะได้รับการบำบัดและกันเสียง ผนัง พื้น และเพดานบุด้วยวัสดุพิเศษที่ทำจากโฟมโพลิเมอร์ ในเบาะดังกล่าวเสียงทั้งหมดจะลดลงอย่างรวดเร็ว

ในการเผยแพร่เสียง คุณต้องมี สื่อยืดหยุ่น. ในสุญญากาศ คลื่นเสียงไม่สามารถแพร่กระจายได้เนื่องจากไม่มีสิ่งใดสั่นสะเทือนอยู่ ณ ที่นั้น สามารถเห็นได้บน ประสบการณ์ที่เรียบง่าย. หากเราวางกระดิ่งไฟฟ้าไว้ใต้กระดิ่งแก้ว เนื่องจากอากาศถูกสูบออกจากใต้กระดิ่ง เราจะพบว่าเสียงจากกระดิ่งจะอ่อนลงเรื่อยๆ จนหยุดไปเลย

เสียงในก๊าซ. เป็นที่ทราบกันว่าในช่วงพายุฝนฟ้าคะนองเราจะเห็นแสงวาบเป็นครั้งแรกและหลังจากนั้นไม่นานก็ได้ยินเสียงฟ้าร้อง (รูปที่ 52) ความล่าช้านี้เกิดขึ้นเนื่องจากความเร็วของเสียงในอากาศนั้นน้อยกว่าความเร็วของแสงที่มาจากฟ้าผ่า

ความเร็วของเสียงในอากาศถูกวัดครั้งแรกในปี 1636 โดย M. Mersenne นักวิทยาศาสตร์ชาวฝรั่งเศส ที่อุณหภูมิ 20 ° C จะเท่ากับ 343 m / s เช่น 1235 km / h โปรดทราบว่าเป็นค่านี้ที่ความเร็วของกระสุนที่ยิงจากปืนกล Kalashnikov (PK) จะลดลงที่ระยะ 800 ม. ความเร็วเริ่มต้นกระสุน 825 m / s ซึ่งสูงกว่าความเร็วของเสียงในอากาศมาก ดังนั้นผู้ที่ได้ยินเสียงปืนหรือเสียงหวูดของกระสุนจึงไม่ต้องกังวล กระสุนนี้ผ่านเขาไปแล้ว กระสุนวิ่งเร็วกว่าเสียงของกระสุนและไปถึงเหยื่อก่อนที่เสียงจะมาถึง

ความเร็วของเสียงขึ้นอยู่กับอุณหภูมิของตัวกลาง: เมื่ออุณหภูมิของอากาศเพิ่มขึ้นก็จะเพิ่มขึ้นและเมื่อลดลงก็จะลดลง ที่ 0 °C ความเร็วของเสียงในอากาศคือ 331 เมตร/วินาที
เสียงเดินทางด้วยความเร็วต่างกันในก๊าซต่างๆ ยิ่งโมเลกุลของก๊าซมีมวลมากเท่าใดความเร็วของเสียงก็จะยิ่งลดลงเท่านั้น ดังนั้น ที่อุณหภูมิ 0 ° C ความเร็วของเสียงในไฮโดรเจนคือ 1284 m/s ในฮีเลียม - 965 m/s และในออกซิเจน - 316 m/s

เสียงในของเหลว. ความเร็วของเสียงในของเหลวโดยทั่วไปจะมากกว่าความเร็วของเสียงในก๊าซ ความเร็วของเสียงในน้ำได้รับการวัดครั้งแรกในปี พ.ศ. 2369 โดย J. Colladon และ J. Sturm พวกเขาทำการทดลองที่ทะเลสาบเจนีวาในสวิตเซอร์แลนด์ (รูปที่ 53) บนเรือลำหนึ่งพวกเขาจุดไฟเผาดินปืนและในขณะเดียวกันก็ตีระฆังที่หย่อนลงไปในน้ำ เสียงของระฆังนี้ด้วยความช่วยเหลือของแตรพิเศษที่หย่อนลงไปในน้ำถูกจับบนเรืออีกลำซึ่งอยู่ห่างจากลำแรก 14 กม. ความเร็วของเสียงในน้ำถูกกำหนดจากช่วงเวลาระหว่างแสงวาบและการมาถึงของสัญญาณเสียง ที่อุณหภูมิ 8 °C มีค่าประมาณ 1,440 ม./วินาที

ที่รอยต่อระหว่างตัวกลาง 2 ตัว คลื่นเสียงส่วนหนึ่งจะสะท้อนกลับ และอีกส่วนหนึ่งจะเคลื่อนที่ต่อไป เมื่อเสียงผ่านจากอากาศสู่น้ำ พลังงานเสียง 99.9% จะสะท้อนกลับ แต่แรงดันในน้ำ คลื่นเสียงกลายเป็นเกือบ 2 เท่าที่สูงขึ้น อุปกรณ์การได้ยินของปลาตอบสนองต่อสิ่งนี้อย่างแม่นยำ ตัวอย่างเช่นเสียงกรีดร้องและเสียงเหนือผิวน้ำ ทางที่ถูกทำให้สัตว์ทะเลตกใจกลัว เสียงกรีดร้องเหล่านี้จะไม่ทำให้คนที่อยู่ใต้น้ำหูหนวก: เมื่ออยู่ในน้ำ "ปลั๊ก" อากาศจะยังคงอยู่ในหูของเขาซึ่งจะช่วยเขาจากเสียงที่ดังเกินไป

เมื่อเสียงผ่านจากน้ำสู่อากาศ พลังงาน 99.9% จะสะท้อนกลับอีกครั้ง แต่ถ้าความดันเสียงเพิ่มขึ้นในช่วงเปลี่ยนจากอากาศเป็นน้ำ ในทางกลับกัน ความดันเสียงจะลดลงอย่างรวดเร็ว ด้วยเหตุผลนี้ ตัวอย่างเช่น เสียงที่เกิดขึ้นใต้น้ำเมื่อก้อนหินก้อนหนึ่งกระทบอีกก้อนหนึ่งไม่ไปถึงบุคคลที่อยู่ในอากาศ

พฤติกรรมของเสียงบนพรมแดนระหว่างน้ำและอากาศทำให้บรรพบุรุษของเรามีเหตุผลที่จะต้องพิจารณา โลกใต้น้ำ"โลกแห่งความเงียบ". ดังนั้นการแสดงออก: "มันโง่เหมือนปลา" อย่างไรก็ตาม แม้แต่เลโอนาร์โด ดาวินชี ยังแนะนำให้ฟังเสียงใต้น้ำโดยเอาหูแนบกับไม้พายที่หย่อนลงไปในน้ำ ด้วยวิธีนี้คุณจะเห็นว่าปลานั้นช่างพูดจริงๆ

เสียงเข้า ของแข็ง . อัตราเร็วของเสียงในของแข็งจะมากกว่าในของเหลวและก๊าซ หากคุณเอาหูแนบกับราง หลังจากชนปลายอีกด้านของราง คุณจะได้ยินเสียงสองเสียง หนึ่งในนั้นจะไปถึงหูของคุณตามรางและอีกอันหนึ่ง - ผ่านอากาศ

โลกมีการนำเสียงที่ดี ดังนั้นในสมัยก่อนระหว่างการปิดล้อม "ผู้ฟัง" จึงถูกวางไว้ในกำแพงป้อมปราการซึ่งโดยเสียงที่ส่งมาจากโลกสามารถระบุได้ว่าศัตรูกำลังขุดกำแพงหรือไม่ พวกเขายังติดตามการเข้าใกล้ของทหารม้าข้าศึก

ตัวเครื่องที่แข็งแรงนำเสียงได้ดี ด้วยเหตุนี้ ผู้ที่สูญเสียการได้ยินในบางครั้งจึงสามารถเต้นไปกับเพลงที่เข้าถึงโสตประสาทของพวกเขาได้ โดยไม่ผ่านอากาศและหูชั้นนอก แต่ผ่านพื้นและกระดูก

1. ทำไมเวลาเกิดพายุฝนฟ้าคะนอง เราเห็นฟ้าแลบก่อนแล้วจึงได้ยินเสียงฟ้าร้อง 2. อะไรเป็นตัวกำหนดความเร็วของเสียงในก๊าซ? ๓. เหตุใดคนที่ยืนอยู่ริมตลิ่งจึงไม่ได้ยินเสียงที่เกิดขึ้นใต้น้ำ? 4. ทำไม “ผู้​ฟัง” ซึ่ง​ใน​สมัย​โบราณ​ซึ่ง​ตาม​กำแพง​ดิน​ของ​ศัตรู​มัก​จะ​ทำ​ให้​คน​ตา​บอด?

งานทดลองวางบนปลายด้านหนึ่งของกระดาน (หรือไม้บรรทัดยาว) นาฬิกาข้อมือแนบหูของคุณกับปลายอีกด้านหนึ่ง คุณได้ยินอะไร อธิบายปรากฏการณ์

เมื่อทำภารกิจ 22 เสร็จพร้อมคำตอบโดยละเอียด ให้จดหมายเลขภารกิจก่อน แล้วจึงตามด้วยคำตอบ คำตอบที่สมบูรณ์ไม่ควรรวมถึงคำตอบของคำถามเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเหตุผลโดยละเอียดที่เชื่อมโยงอย่างมีเหตุผลด้วย

ชาร้อนแก้วหนึ่งถูกทิ้งไว้ในห้องเย็นขนาดใหญ่ เมื่อเวลาผ่านไป อุณหภูมิของชาจะจับกับอุณหภูมิของอากาศโดยรอบ ความเข้มเปลี่ยนไปอย่างไร? รังสีความร้อนและการดูดซับความร้อนของชา? อธิบายคำตอบ

แสดงคำตอบ

ตัวอย่างคำตอบที่เป็นไปได้

ความเข้มของการแผ่รังสีความร้อนลดลง ความเข้มของการดูดซับความร้อนแทบไม่เปลี่ยนแปลง

ในแง่หนึ่งชาจะแผ่รังสีความร้อน ในทางกลับกัน ดูดซับรังสีความร้อนจากอากาศโดยรอบ ในขั้นต้นกระบวนการฉายรังสีมีอิทธิพลเหนือและทำให้ชาเย็นลง เมื่ออุณหภูมิลดลง ความเข้มของรังสีความร้อนจากชาจะลดลงจนเท่ากับความเข้มของการดูดกลืนรังสีความร้อนจากอากาศในห้อง นอกจากนี้อุณหภูมิของชาจะไม่เปลี่ยนแปลง

เมื่อทำงาน 23–26 เสร็จ ให้จดหมายเลขงานก่อน จากนั้นตามด้วยคำตอบ

ประกอบการตั้งค่าการทดลองเพื่อศึกษาการพึ่งพาอาศัยกันของแรง กระแสไฟฟ้าในตัวต้านทานจากแรงดันไฟฟ้าที่ปลาย ใช้แหล่งกระแส 4.5 V, โวลต์มิเตอร์, แอมมิเตอร์, คีย์, รีโอสแตต, สายเชื่อมต่อ, ตัวต้านทานที่มีเครื่องหมาย R 1

บนกระดาษคำตอบ

1) วาดวงจรไฟฟ้าของการทดลอง

2) การตั้งค่าด้วยความช่วยเหลือของรีโอสแตทเพื่อเปลี่ยนความแรงของกระแสค. วงจร 0.4 A, 0.5 A และ 0.6 A และการวัดค่าในแต่ละกรณี แรงดันไฟฟ้าที่ส่วนท้ายของตัวต้านทาน ระบุผลลัพธ์ของการวัดกระแสและแรงดันสำหรับ สามกรณีในรูปแบบของตาราง (หรือกราฟ);

3) กำหนดข้อสรุปเกี่ยวกับการพึ่งพากระแสไฟฟ้าในตัวต้านทานกับแรงดันไฟฟ้าที่ปลาย

แสดงคำตอบ

1) โครงการ การตั้งค่าการทดลอง

2)

3) สรุป: เมื่อความแรงของกระแสในตัวนำเพิ่มขึ้น แรงดันไฟฟ้าที่เกิดขึ้นที่ปลายของตัวนำก็จะเพิ่มขึ้นเช่นกัน

งาน 24 เป็นคำถามที่ต้องการคำตอบเป็นลายลักษณ์อักษร คำตอบที่สมบูรณ์ไม่ควรรวมถึงคำตอบของคำถามเท่านั้น แต่ยังรวมถึงเหตุผลโดยละเอียดที่เชื่อมโยงอย่างมีเหตุผลด้วย

เรือจำลองลอยอยู่ในโอ่งน้ำ ความลึกของการจม (ร่าง) ของเรือจะเปลี่ยนไปหรือไม่ (และถ้าเป็นเช่นนั้น อย่างไร) หากมันถูกย้ายจากโลกไปยังดวงจันทร์? อธิบายคำตอบ

แสดงคำตอบ

ตัวอย่างคำตอบที่เป็นไปได้

จะไม่เปลี่ยนแปลง

เรือจมอยู่ในน้ำจนกว่าแรงลอยตัวที่กระทำต่อเรือจากด้านข้างของน้ำจะสมดุลกับแรงโน้มถ่วง ความลึกของการแช่ (ร่าง) ของเรือถูกกำหนดโดยการปฏิบัติตามเงื่อนไข: F tyazh = F vyt (1) ความเร่ง ตกฟรีบนดวงจันทร์น้อยกว่าบนโลก แต่เนื่องจากแรงทั้งสองเป็นสัดส่วนโดยตรงกับความเร่งของการตกอย่างอิสระ แรงทั้งสอง F หนักและ F vyt จะลดลงใน หมายเลขเดียวกันครั้งและความเสมอภาค (1) ไม่ถูกละเมิด

สำหรับงาน 25–26 คุณต้องเขียน โซลูชั่นที่สมบูรณ์ซึ่งรวมถึงรายการ ในระยะสั้นงาน (กำหนด) การเขียนสูตร การใช้ที่จำเป็นและเพียงพอในการแก้ปัญหา รวมทั้ง การแปลงทางคณิตศาสตร์และการคำนวณที่นำไปสู่คำตอบที่เป็นตัวเลข