Глава 2. § 39. Отражение звука. Звуковой резонанс — с. 189
§ 39. Вопрос для обсуждения. Иван и Пётр прочитали научную статью в книге Л. В. Тарасова «Физика в природе». В книге автор проводил аналогию между явлением оптической рефракции — искривлением световых лучей в оптически неоднородной среде — и явлением акустической рефракции. Ребят заинтересовало, где в повседневной жизни они могут услышать подтверждение этого факта. Иван предположил, что именно из-за этого эффекта плохо слышно, когда человек кричит против ветра.
В подтверждение своих слов он из этой книги привёл следующие данные: при удалении от земли скорость ветра увеличивается, это заставляет при встречном ветре звуковые лучи искривляться кверху.
Прав ли Иван? Действительно ли явление рефракции в воздухе влияет на слышимость в приведённом примере?
Пётр не согласился с Иваном и привёл другие данные из этой же книги:
1. Скорость звука в воздухе при температуре 0 °C — 330 м/с.
2. При температуре −30 °C скорость звука — 312 м/с.
3. При температуре 30 °C скорость звука уже составляет 350 м/с.
Что мог предполагать Пётр для объяснения плохой слышимости при сильном ветре?
Приведите свои рассуждения по этому эффекту.
В подтверждение своих слов он из этой книги привёл следующие данные: при удалении от земли скорость ветра увеличивается, это заставляет при встречном ветре звуковые лучи искривляться кверху.
Прав ли Иван? Действительно ли явление рефракции в воздухе влияет на слышимость в приведённом примере?
Пётр не согласился с Иваном и привёл другие данные из этой же книги:
1. Скорость звука в воздухе при температуре 0 °C — 330 м/с.
2. При температуре −30 °C скорость звука — 312 м/с.
3. При температуре 30 °C скорость звука уже составляет 350 м/с.
Что мог предполагать Пётр для объяснения плохой слышимости при сильном ветре?
Приведите свои рассуждения по этому эффекту.
Иван прав. Скорость звука относительно земли при встречном ветре равна скорости звука в воздухе минус скорость ветра. Так как с высотой ветер усиливается, выше над землёй звук идёт медленнее, чем у земли. Фронт волны отклоняется в сторону меньшей скорости, поэтому лучи изгибаются кверху (акустическая рефракция), проходят над головой слушателя и до него почти не доходят. Это и есть влияние рефракции на слышимость. При попутном ветре картина обратная: скорость звука с высотой растёт, лучи изгибаются вниз и слышимость улучшается.
Пётр, судя по данным, мог предположить влияние температуры: скорость звука растёт с температурой (312 м/с при −30 °C, 330 м/с при 0 °C, 350 м/с при 30 °C). Обычно воздух у земли теплее, чем наверху, поэтому скорость звука с высотой уменьшается и лучи тоже изгибаются вверх; кроме того, ветер охлаждает приземный слой и перемешивает воздух, создавая неоднородности, на которых звук рассеивается. Важно, что температурный эффект не зависит от направления ветра, а рефракция из-за изменения скорости ветра объясняет именно худшую слышимость против ветра.
Вывод: оба фактора (изменение скорости ветра и температуры с высотой) меняют скорость звука с высотой и вызывают искривление звуковых лучей; главный довод в пользу Ивана — зависимость слышимости от направления ветра. Дополнительно мешает шум самого ветра.
Оговорка: вопрос открытый, приведено одно из допустимых объяснений.
Пётр, судя по данным, мог предположить влияние температуры: скорость звука растёт с температурой (312 м/с при −30 °C, 330 м/с при 0 °C, 350 м/с при 30 °C). Обычно воздух у земли теплее, чем наверху, поэтому скорость звука с высотой уменьшается и лучи тоже изгибаются вверх; кроме того, ветер охлаждает приземный слой и перемешивает воздух, создавая неоднородности, на которых звук рассеивается. Важно, что температурный эффект не зависит от направления ветра, а рефракция из-за изменения скорости ветра объясняет именно худшую слышимость против ветра.
Вывод: оба фактора (изменение скорости ветра и температуры с высотой) меняют скорость звука с высотой и вызывают искривление звуковых лучей; главный довод в пользу Ивана — зависимость слышимости от направления ветра. Дополнительно мешает шум самого ветра.
Оговорка: вопрос открытый, приведено одно из допустимых объяснений.