Звукова хвиля переходить із води у повітря. Розповсюдження звуку

Для поширення звуку необхідне пружне середовище. У вакуумі звукові хвилі поширюватися не можуть, тому що там нема чого вагатися. У цьому можна переконатися на простому досвіді. Якщо помістити під скляний дзвін електричний дзвінок, то в міру викачування з-під дзвону повітря ми виявимо, що звук від дзвінка стає дедалі слабшим, поки не припиниться зовсім.

Звук у газах. Відомо, що під час грози ми спочатку бачимо спалах блискавки і лише через деякий час чуємо гуркіт грому (рис. 52). Це запізнення виникає через те, що швидкість звуку в повітрі значно менша за швидкість світла, що йде від блискавки.

Швидкість звуку у повітрі вперше було виміряно 1636 р. французьким ученим М. Мерсенном. При температурі 20 °С вона дорівнює 343 м/с, тобто 1235 км/год. Зауважимо, що саме до такого значення зменшується на відстані 800 м швидкість кулі, яка вилетіла з кулемета Калашнікова (ПК). Початкова швидкістькулі 825 м/с, що значно перевищує швидкість звуку повітря. Тому людина, яка почула звук пострілу чи свист кулі, може не турбуватися: ця куля його вже минула. Куля обганяє звук пострілу і досягає своєї жертви до того, як надходить цей звук.

Швидкість звуку залежить від температури середовища: зі збільшенням температури повітря вона зростає, а зі зменшенням – зменшується. При 0 °С швидкість звуку повітря становить 331 м/с.
У різних газах звук поширюється із різною швидкістю. Чим більша маса молекул газу, тим менша швидкість звуку в ньому. Так, при температурі 0 °С швидкість звуку у водні 1284 м/с, гелії - 965 м/с, а в кисні - 316 м/с.

Звук у рідинах. Швидкість звуку в рідинах, як правило, більша за швидкість звуку в газах. Швидкість звуку у воді вперше була виміряна у 1826 р. Ж. Колладоном та Я. Штурмом. Свої досліди вони проводили на Женевському озері у Швейцарії (рис. 53). На одному човні підпалювали порох і водночас ударяли в дзвін, опущений у воду. Звук цього дзвону за допомогою спеціального рупора, також опущеного у воду, уловлювався на іншому човні, який знаходився на відстані 14 км від першого. За інтервалом часу між спалахом світла та приходом звукового сигналу визначили швидкість звуку у воді. При температурі 8 °С вона дорівнювала приблизно 1440 м/с.

На кордоні між двома різними середовищами частина звукової хвилівідбивається, а частина проходить далі. При переході звуку з повітря у воду 99,9% звукової енергії відбивається назад, проте тиск у звуковій хвилі, що пройшла у воду, виявляється майже в 2 рази більше. Слуховий апарат риб реагує саме на це. Тому, наприклад, крики та шуми над поверхнею води є вірним способомрозлякати морських мешканців. Людини ж, яка опинилася під водою, ці крики не приголомшать: при зануренні у воду у його вухах залишаться повітряні «пробки», які й врятують його від звукового навантаження.

При переході звуку з води у повітря знову відбивається 99,9% енергії. Але якщо при переході з повітря у воду звуковий тиск збільшувався, то тепер він навпаки різко зменшується. Саме з цієї причини, наприклад, не доходить до людини у повітрі звук, що виникає під водою при ударі одним каменем про іншу.

Така поведінка звуку на кордоні між водою та повітрям дала підставу нашим предкам вважати підводний світ«світом мовчання». Звідси і вираз: «Нім як риба». Однак ще Леонардо да Вінчі пропонував слухати підводні звуки, приклавши вухо до весла, опущеного у воду. Скориставшись у такий спосіб, можна переконатися, що риби насправді досить балакучі.

Звук у твердих тілах . Швидкість звуку в твердих тілах більша, ніж у рідинах та газах. Якщо ви прикладете вухо до рейки, то після удару по іншому кінці рейки ви почуєте два звуки. Один з них досягне вашого вуха рейкою, інший - повітрям.

Хорошу провідність звуку має земля. Тому в старі часи під час облоги у фортечних стінах поміщали «слухачів», які за звуком, що передається землею, могли визначити, чи веде ворог підкоп до стін чи ні. Прикладаючи вухо до землі, також стежили за наближенням ворожої кінноти.

Тверді тіла добре проводять звук. Завдяки цьому люди, які втратили слух, іноді здатні танцювати під музику, яка доходить до їхніх слухових нервів не через повітря та зовнішнє вухо, а через підлогу та кістки.

1. Чому під час грози ми спочатку бачимо блискавку і лише потім чуємо грім? 2. Від чого залежить швидкість звуку у газах? 3. Чому людина, яка стоїть на березі річки, не чує звуків, що виникають під водою? 4. Чому «слухачами», які у давнину стежили за земляними роботами противника, часто були сліпі люди?

Експериментальне завдання.Поклавши на один кінець дошки (або довгу дерев'яну лінійку) наручний годинник, прикладіть вухо до іншого її кінця. Що ви чуєте? Поясніть явище.

Під час виконання завдання 22 з розгорнутою відповіддю запишіть спочатку номер завдання, а потім відповідь на нього. Повна відповідь повинна включати не тільки відповідь на запитання, а й розгорнуте, логічно пов'язане обґрунтування.

Склянку з гарячим чаєм залишили у великому прохолодному приміщенні. З часом температура чаю зрівнялася з температурою навколишнього повітря. Як при цьому змінилися інтенсивності теплового випромінюваннята теплового поглинання чаю? Відповідь поясніть.

Показати відповідь

Зразок можливої ​​відповіді

Інтенсивність теплового випромінювання зменшилася, інтенсивність теплового поглинання мало змінилася.

Чай, з одного боку, випромінює теплове проміння, з іншого боку, поглинає теплове випромінювання навколишнього повітря. Спочатку процес випромінювання переважає, і чай охолоджується. При зменшенні температури інтенсивність теплового випромінювання чаю зменшується до того часу, поки зрівняється з інтенсивністю поглинання теплового випромінювання повітря у приміщенні. Далі температура чаю не змінюється.

Під час виконання завдань 23–26 спочатку запишіть номер завдання, а потім відповідь на нього.

Зберіть експериментальну установку для дослідження залежності сили електричного струмуу резисторі від напруги на його кінцях. Використовуйте джерело струму 4,5, вольтметр, амперметр, ключ, реостат, з'єднувальні дроти, резистор, позначений R 1 .

У бланку відповідей

1) намалюйте електричну схему експерименту;

2) встановивши за допомогою реостату по черзі силу струму ст. ланцюга 0,4 А, 0,5 А та 0,б А і вимірявши в кожному випадку значення електричної напругина кінцях резистора, вкажіть результати вимірювання сили струму та напруги для трьох випадківу вигляді таблиці (або графіка);

3) сформулюйте висновок про залежність сили електричного струму в резисторі від напруги його кінцях.

Показати відповідь

1) Схема експериментальної установки

2)

3) Висновок: зі збільшенням сили струму у провіднику напруга, що виникає на кінцях провідника, також збільшується.

Завдання 24 є питанням, на яких необхідно дати письмову відповідь. Повна відповідь повинна включати не тільки відповідь на запитання, а й розгорнуте, логічно пов'язане обґрунтування.

Модель човна плаває в банку з водою. Чи зміниться (і якщо зміниться, то як) глибина занурення (осади) човна, якщо його перемістити з Землі на Місяць? Відповідь поясніть.

Показати відповідь

Зразок можливої ​​відповіді

Не зміниться.

Човен занурюється у воду доти, поки сила, що виштовхує, чинна на човен з боку води, не врівноважить силу тяжіння. Глибина занурення (осаду) човна визначається виконанням умови: F тяж = F вит (1). Прискорення вільного падінняна Місяці менше, ніж Землі. Але оскільки обидві сили прямо пропорційні прискоренню вільного падіння, то обидві сили F тяж і F вит зменшаться в однакове числораз, і рівність (1) не порушиться.

Для завдань 25–26 потрібно написати повне рішення, яке включає запис короткого умовиЗавдання (Дано), запис формул, застосування яких необхідне і достатньо для вирішення задачі, а також математичні перетворенняі розрахунки, що призводять до числової відповіді.

Ми знаємо, що звук розповсюджується повітрям. Саме тому ми можемо чути. У вакуумі жодних звуків не може існувати. Але якщо звук передається повітрям, внаслідок взаємодії його частинок, чи передаватиметься й іншими речовинами? Буде.

Поширення та швидкість звуку в різних середовищах

Звук передається не лише повітрям. Напевно, всі знають, що якщо прикласти вухо до стіни, можна почути розмови в сусідній кімнаті. У даному випадкузвук передається стіною. Звуки поширюються і воді, й у інших середовищах. Більш того, поширення звуку в різних середовищахвідбувається по-різному. Швидкість звуку відрізняєтьсязалежно від речовини.

Цікаво, що швидкість поширення звуку у воді майже вчетверо вища, ніж у повітрі. Тобто риби чують «швидше», ніж ми. У металах та склі звук поширюється ще швидше. Це тому, що звук це коливання середовища, і звукові хвилі передаються швидше середах з кращою провідністю.

Щільність і провідність води більша, ніж у повітря, але менша, ніж у металу. Відповідно, і звук передається по-різному. При переході з одного середовища до іншої швидкість звуку змінюється.

Довжина звукової хвилі також змінюється при її переході з одного середовища до іншого. Колишньої залишається лише її частота. Але саме тому ми можемо розрізнити, хто конкретно говорить навіть крізь стіни.

Оскільки звук це коливання, всі закони і формули для коливань і хвиль добре застосовні до звуковим коливанням. При розрахунку швидкості звуку повітря слід враховувати і те, що ця швидкість залежить від температури повітря. У разі збільшення температури швидкість поширення звуку зростає. При нормальних умовахшвидкість звуку в повітрі становить 340 344 м/с.

Звукові хвилі

Звукові хвилі, як відомо з фізики, поширюються на пружних середовищах. Саме тому звуки добре передаються землею. Приклавши вухо до землі, можна здалеку почути звук кроків, тупіт копит і таке інше.

У дитинстві всі, напевно, розважалися, прикладаючи вухо до рейок. Стук коліс поїзда передається рейками на кілька кілометрів. Для створення зворотного ефекту звукопоглинання використовують м'які та пористі матеріали.

Наприклад, щоб захистити від сторонніх звуків якесь приміщення, або, навпаки, щоб не допустити виходу звуків із кімнати назовні, приміщення обробляють, звукоізолюють. Стіни, підлога та стеля оббивають спеціальними матеріалами на основі спінених полімерів. У такій оббивці дуже швидко затихають усі звуки.