Сторінки 136–140

Розв’язання

1. Оцінюємо агрегатний стан середовищ: повітря є газом, вода — рідиною, а сталь (залізо) — твердим тілом.

2. Застосовуємо правило: звук поширюється найшвидше у твердих тілах, повільніше у рідинах і найповільніше у газах.

3. Висновуємо, що оскільки сталь є твердим тілом, швидкість звуку в ньому ($5000\text{м/с}$) значно перевищує швидкість у воді ($1500\text{м/с}$), а вода як рідина забезпечує більшу швидкість, ніж повітря як газ ($340\text{м/с}$).

Розв’язання

1. Притисніть один кінець лінійки до столу так, щоб вільна частина мала велику довжину (близько 2/3), і швидко відпустіть її. Почуйте низький звук.

2. Зменште довжину вільної частини лінійки (притисніть ближче до краю) і знову швидко відпустіть. Спочуєте вищий звук.

3. Порівняйте висоту тону при різних довжинах: чим менша довжина коливаючоїся частини, тим вищий тон звуку.

Розв’язання

1. Створіть звукову хвилю, відпустивши вільний кінець натягнутої нитки. Почуйте звук певної висоти.

2. Зменште довжину ділянки нитки між опорами (притисніть її ближче до однієї з опор) і відпустіть. Зверніть увагу, що тон став вищим.

3. Спробуйте посилити натяг нитки (наприклад, перемістивши одну опору далі). Відчуйте, що при більшому натягу звук стає гострішим (вищим).

Розв’язання

1. Розгляньте випадок короткого звуку (удар, оплеск). Якщо відстань до перешкоди велика, відбитий звук приходить значно пізніше за первинний і ми чуємо чітке повторення — відлуння.

2. Розгляньте випадок довгого звуку (спів, музична фраза). Якщо відстань до перешкоди велика, але звук тривалий, відбитий звук змішується з первинним і ми не розрізняємо окремого повторення.

Розв’язання

1. Метелик летить дуже повільно і не створює коливань крил з високою частотою, тому звук від нього має надто низьку частоту (менше 16 Гц) або взагалі не виникає як чутний сигнал.

2. Комар летить швидко, його крила коливаються дуже часто (частота понад 200 Гц), що створює звук у межах чутного діапазону людського вуха.

Розв’язання

1. Переведемо частоту: $f=4\text{кГц}=4000\text{Гц}$.

2. Для повітря ($v=340\text{м/с}$): $l_{\text{повітря}}=\frac{340}{4000}=0,085\text{м}=8,5\text{см}$.

3. Для води ($v=1500\text{м/с}$): $l_{\text{вода}}=\frac{1500}{4000}=0,375\text{м}=37,5\text{см}$.

4. Для сталі ($v=5000\text{м/с}$): $l_{\text{сталь}}=\frac{5000}{4000}=1,25\text{м}$.

Розв’язання

1. Крила метелика коливаються дуже повільно (частота менша за 16 Гц), тому ми сприймаємо це як інфразвук, який людина не чує.

2. Крила комара коливаються швидко (частота близько 500–600 Гц), що потрапляє в діапазон чутного звуку, тому ми чуємо характерне дзижчання.

Розв’язання

1. Перетворимо частоту: $f=4\text{кГц}=4000\text{Гц}$.

2. Для повітря: ${\lambda }_{\text{п}}=\frac{340}{4000}=0,085\text{м}$.

3. Для води: ${\lambda }_{\text{в}}=\frac{1500}{4000}=0,375\text{м}$.

4. Для сталі: ${\lambda }_{\text{ст}}=\frac{5000}{4000}=1,25\text{м}$.

Розв’язання

1. У порожньому залі звук відбивається від стін, підлоги та стелі, що посилює гучність і створює багатий просторовний звук (звук стає «яскравішим»).

2. У залі з публікою тіла людей та одяг поглинають значну частину звукової енергії, тому відлуння слабшає, а звук стає менш гучним і більш «сухим».

Розв’язання

1. Обчислимо загальний шлях звуку за формулою $S=v\cdot t$: $S=1500\text{м/с}\cdot 4\text{с}=6000\text{м}$.

2. Оскільки звук пройшов шлях туди й назад, глибина моря дорівнює половині цього шляху: $h=S/2=6000\text{м}/2=3000\text{м}$.

Розв’язання

1. Визначимо частоту звуку: $f=v/\lambda =340\text{м/с}/1\text{м}=340\text{Гц}$.

2. Обчислимо кількість коливань за час $5\text{с}$: $N=f\cdot t=340\text{Гц}\cdot 5\text{с}=1700$ коливань.

Розв’язання

1. Знайдемо час проходження звуком чавуну: $t_{\text{чавун}}=951\text{м}/5000\text{м/с}=0,1902\text{с}$.

2. Знайдемо час проходження звуком повітря: $t_{\text{повітря}}=951\text{м}/340\text{м/с}\approx 2,797\text{с}$.

3. Обчислимо різницю часів: $\Delta t=t_{\text{повітря}}-t_{\text{чавун}}\approx 2,797\text{с}-0,1902\text{с}\approx 2,6\text{с}$.

Розв’язання

1. Визначте точку А (джерело звуку) та точку Б (місце спостереження). Зафіксуйте точну відстань між ними ($S$).

2. У момент появи сигналу (спалах блискавки або удар по трубі) запустіть таймер, а зупиніть його у момент почуття звуку (грому або удару в воду). Зафіксуйте час $t$.

3. Обчисліть швидкість за формулою $v=\frac{S}{t}$. Порівняйте отримане значення з табличним ($340\text{м/с}$ для повітря).

Розв’язання

1. Перелічіть основні сфери застосування: медична діагностика (УЗД), ехолокація тварин, промислова дефектоскопія, ультразвукова обробка матеріалів.

2. Опишіть принцип дії в кожній галузі (відображення хвилі від межі середовищ або механічне впливання).

Розв’язання

1. Опишіть шкоду: постійний шум призводить до зниження чутливості слуху, серцево-судинних захворювань та порушень сну.

2. Перелічіть методи захисту: використання беруш або навушників із шумозаглушенням, звукоізольовані вікна, зелені насадження вздовж доріг.