Перышкин, Гутник, физика, 9 класс, страница 183

Опыт ставят, чтобы выяснить, может ли звук распространяться там, где нет вещества. Источник звука (звонящий телефон) помещают под колокол воздушного насоса. Пока воздух под колоколом есть, звонок слышен. Когда воздух откачивают, звук становится всё тише и в конце концов пропадает; если воздух впустить обратно, звук снова слышен. Вывод: для распространения звука необходима упругая среда, в вакууме звук не распространяется.

Да, звук распространяется в любой упругой среде: газообразной, жидкой и твёрдой. В газе: мы слышим голоса и музыку через воздух. В жидкости: спортсмены в бассейне для синхронного плавания слышат музыку из подводных динамиков, а рыбы слышат шаги на берегу. В твёрдом теле: стук по рельсу или по трубе слышен на другом конце, через стену слышны соседи, «телефон» из коробочек, соединённых верёвочкой или проволокой.

Лучше проводят звук упругие тела: чем больше упругие силы при деформации, тем быстрее и дальше передаются колебания. Примеры упругих тел: металлы, древесина, стекло, вода, воздух. Пористые и мягкие материалы (войлок, пробка, пенопласт, поролон, обивка кресел, занавеси) звук поглощают, то есть проводят плохо; их используют для звукоизоляции.

В воздухе и в воде звук представляет собой продольную волну: частицы среды колеблются вдоль направления распространения волны, в среде чередуются сгущения и разрежения. Жидкости и газы не обладают упругостью сдвига, поэтому поперечные волны в них не возникают.

Это видно по выстрелу или грому: сначала мы видим вспышку или огонь и дым, а звук слышим позже. Чем дальше источник, тем больше запаздывание: по промежутку между вспышкой молнии и раскатом грома можно оценить расстояние до грозы. Эхо тоже приходит с запозданием.

Нет. Звук — это упругая волна, для его распространения нужна среда (газ, жидкость или твёрдое тело). Между Луной и Землёй почти весь путь — космический вакуум, в котором вещества практически нет, поэтому колебания, возникшие при взрыве, через него передаваться не могут. Звук взрыва на Земле слышен не будет.

Голос заставляет колебаться стенку первой половинки мыльницы. Эти колебания передаются натянутой нити как упругой твёрдой среде, которая хорошо проводит звук и почти не рассеивает его в стороны, как это делает воздух. Дойдя до второй половинки, колебания заставляют колебаться её стенку, и она излучает звук в воздух, который мы слышим. Потери энергии на пути малы, поэтому слышен даже шёпот. Нить должна быть натянутой: слабая нить упругих колебаний не передаёт.

Скорость волны v = λ / T.
v = 2,9 м / 0,002 с = 1450 м/с.
Ответ: v = 1450 м/с.

Из v = νλ частота ν = v / λ.
ν = 5000 м/с / 16,06 м ≈ 311 Гц.
Ответ: ν ≈ 311 Гц.

Длина волны λ = v / ν. Скорости звука возьмём из таблицы 2 и текста параграфа: в воздухе 340 м/с, в воде 1483 м/с, в стекле 5500 м/с.
В воздухе: λ = 340 / 725 ≈ 0,47 м.
В воде: λ = 1483 / 725 ≈ 2,05 м.
В стекле: λ = 5500 / 725 ≈ 7,59 м.
Ответ: ≈ 0,47 м; ≈ 2,05 м; ≈ 7,6 м.
Частота при переходе звука из среды в среду не меняется, поэтому в среде с большей скоростью звука длина волны больше.

От удара звук идёт к другому концу трубы двумя путями: по металлу стенок трубы и по воздуху внутри трубы. Скорость звука в металле (несколько тысяч м/с) гораздо больше, чем в воздухе (около 340 м/с), поэтому звук по металлу приходит первым, а по воздуху — позже. Если труба достаточно длинная, промежуток между приходом двух звуков превышает 0,06 с, и ухо воспринимает их раздельно — как двойной удар.

Свет от пара доходит до наблюдателя практически мгновенно, поэтому пар увиден в момент начала свиста. Звук прошёл расстояние до паровоза за t₁ = 2 с: s = v_зв · t₁ = 340 м/с · 2 с = 680 м.
Эти 680 м паровоз проехал до наблюдателя за t₂ = 34 с, поэтому его скорость v = s / t₂ = 680 м / 34 с = 20 м/с.
Ответ: 20 м/с (72 км/ч).
Оговорка: скорость звука принята равной 340 м/с; паровоз за время распространения звука считаем движущимся равномерно.