Задание №12 — МЕХАНИЧЕСКИЕ ЯВЛЕНИЯ
В бассейне под водой установлен динамик, излучающий звук определённой частоты. Часть звуковой волны отражается от поверхности воды, а часть преломляется и проходит в воздух. Известно, что скорость звука в воде больше скорости звука в воздухе. Как при переходе из воды в воздух изменяются частота звука и амплитуда звуковой волны?
Для каждой величины определите соответствующий характер изменения:
1) | увеличивается |
2) | уменьшается |
3) | не изменяется |
Запишите в таблицу выбранные цифры для каждой физической величины. Цифры в ответе могут повторяться.
Правильный ответ
32
Пояснение
Решение.
Для решения данной задачи проанализируем физические процессы, происходящие при переходе звуковой волны из одной среды в другую (из воды в воздух).
1. Частота звука. Частота звуковой волны определяется источником звука (в данном случае — динамиком). При переходе механической волны из одной среды в другую частота колебаний частиц среды всегда остается неизменной, так как она задается вынуждающей силой источника. Таким образом, частота звука при переходе из воды в воздух не изменяется. Этому соответствует цифра 3.
2. Амплитуда звуковой волны. Когда звуковая волна падает на границу раздела двух сред (вода и воздух), происходит явление отражения и преломления. Часть энергии звуковой волны отражается обратно в воду, а лишь оставшаяся часть энергии проходит в воздух. Поскольку энергия волны прямо пропорциональна квадрату её амплитуды, уменьшение энергии перешедшей волны (из-за частичного отражения) приводит к уменьшению её амплитуды. Кроме того, вода и воздух имеют сильно различающиеся акустические плотности (сопротивления), что способствует интенсивному отражению звука от поверхности воды. Следовательно, амплитуда преломленной волны в воздухе будет меньше амплитуды падающей волны в воде. Этому соответствует цифра 2.
Таким образом, частота не изменяется (3), а амплитуда уменьшается (2).
Ответ: 32
Источник: ФИПИ