Что быстрее световые волны и звуковые: «Что быстрее свет или звук?» — Яндекс.Кью

Содержание

“Звуковые удары” света впервые сняли на видео // Смотрим

Исследователи разработали систему, способную фиксировать “звуковые удары” света. Новая методика однажды пригодится в изучении сетей нейронов, чтобы понять, как работает наш мозг.

Самолёты, летающие на сверхзвуковых скоростях, создают конусообразную звуковую ударную волну. Примерно таким же образом импульсы света могут оставлять позади себя конусообразные “следы”. И недавно учёные впервые сняли на видео подобное явление с помощью высокоскоростной камеры.

По мнению специалистов, новая технология, которая использовалась для этого открытия, в один прекрасный день может позволить учёным увидеть возбуждение (активацию) нейронов и таким образом получить изображение активности в головном мозге в режиме реального времени.

Но вернёмся к наблюдаемому явлению. Если объект движется сквозь воздух, то он разгоняет его перед собой, создавая так называемые волны давления, которые движутся со скоростью звука во всех направлениях.

Если же объект движется со скоростью, равной или большей скорости звука, то он обгоняет эти волны давления. В результате волны давления от этих скоростных объектов накапливают поверх друг друга и создают ударные волны. Последние при прохождении рядом с человеком порождают звуковые удары, которые похожи на раскаты грома.

Как мы уже сказали, звуковая ударная волна имеет форму конуса – этот регион, известный под названием “конус Маха”, простирается в основном в задней части движущихся сверхзвуковых объектов.

Предыдущие исследования физиков показали, что свет может создавать конические следы, похожие на звуковые волны. Теперь же учёным впервые удалось снять эти неуловимые “фотонные конусы Маха”.

Свет движется со скоростью примерно 300 тысяч километров в секунду при перемещении сквозь вакуум. Согласно теории относительности Эйнштейна, ничто не может двигаться быстрее скорости света в вакууме.

Тем не менее, свет может двигаться чуть медленнее, чем на максимальной скорости. (Например, свет перемещается через стекло со скоростью около 60 процентов от своего максимума). Кроме того, более ранние эксперименты показали, что в определённых условиях можно снизить скорость света более чем в миллион раз.

Тот факт, что свет может двигаться через один материал быстрее, чем сквозь другой, помог учёным создать фотонные конусы Маха. Сначала ведущий автор исследования оптический инженер Цзиньян Лян (Jinyang Liang) и его коллеги из Университета Вашингтона в Сент-Луисе создали узкий туннель и наполнили его туманом, образованным сухим льдом. Этот проход был зажат между пластинами из смеси резины и порошка оксида алюминия.

После этого исследователи отправляли импульсы зелёного лазерного света (каждый длился около семи пикосекунд, триллионных долей секунды) по туннелю. Эти импульсы рассеивались на частичках сухого льда внутри туннеля, создавая световые волны, которые могли входить в окружающие пластины.

При этом зелёный свет, использованный учёными, путешествовал внутри туннеля быстрее, чем он это делал в пластинах. В итоге по мере того как лазерный импульс проходил по туннелю, он формировал в пластинах конус более медленных пересекающихся световых волн.

С целью заснять на видео это неуловимое явление рассеяния света, учёные разработали электронно-оптический хроноскоп, который способен захватывать изображения со скоростью 100 миллиардов кадров в секунду на одной экспозиции.

Новая камера позволила получить три различных “взгляда” на изучаемое явление. Во-первых, было получено прямое изображение сцены, а также была записана временная информация о событии, таким образом чтобы учёные смогли восстановить картину произошедшего по кадрам.

По сути, они “поместили различные штрих-коды на каждое отдельное изображение, так что, даже если бы кадры во время сбора данных смешали бы в кучу, в них можно было бы разобраться”, говорит Лян.

Сегодня существуют и другие системы визуализации, которые могут фиксировать сверхбыстрые события. Но этим системам, как правило, нужно записывать сотни или даже тысячи “кадров” изучаемого явления до того, как удастся увидеть его.

Новая же система может записать сверхбыстрые события в ходе всего одного подхода. Соответственно, система поможет в фиксировании сложных непредсказуемых событий, которые могут и не повториться точно таким же образом дважды (как в случае с конусом Маха).

Исследователи считают, что их новый метод может оказаться полезным при фиксировании сверхбыстрых событий в сложных биомедицинских контекстах – живые тканях или при перемещении крови. “Мы надеемся, что сможем использовать разработанную систему для изучения нейронный сетей, чтобы понять, как работает мозг”, — заключает Лян.

Исследование и описание первого в мире видео световых ударных волн опубликовано в научном издании Science Advances.

Добавим, что ранее учёные также смогли впервые запечатлеть на камеру “выстрел” лазерного луча.

что передается как звуковая энергия, так и световая энергия

Как передаются звуковая энергия и световая энергия?

И звуковая энергия, и световая энергия передаются как волны. Звук – это продольная волна, а значит молекулы среды звуковая волна…

Что общего между звуковой энергией и световой энергией?

Звук и свет похожи в том, что оба являются формами энергии, распространяющимися волнами. У них обоих есть свойства длины волны, частоты и амплитуды. … Звук может проходить только через среду (вещество), а свет может проходить через пустое пространство. Звук – это форма механической энергии, вызванная колебаниями материи.

Передают ли свет и звук энергию?

Звук распространяется как волны энергии, но, в отличие от света, волны передают энергию, изменяя движение частиц.

Что такое энергия света и энергия звука?

Свет – это форма электромагнитной волны, тогда как звук – это волна плотности давления. • Свету не требуется никакой среды для перемещения, но звуку требуется среда для перемещения. • Световая энергия квантуется в виде пакетов энергии, называемых фотонами, а звуковая энергия представляет собой непрерывный поток энергии на шкале.

Как свет и звук распространяются волнами?

Световые волны — это электромагнитные волны, а звуковые волны — это механические волны. Световые волны поперечны, а звуковые волны продольны. Световые волны могут путешествовать в вакууме. … В звуковых волнах частицы среды фактически колеблются.

Чем световая энергия отличается от звуковой и тепловой энергии?

Тепло, свет и звук все формы энергии. Тепло может передаваться излучением, теплопроводностью и конвекцией. Видимый свет можно производить, отражать, преломлять и разделять на свет различных цветов. Звук создается вибрацией и не может распространяться в вакууме.

Как передается звуковая энергия?

Звуковые волны переносят энергию через вибрацию частиц воздуха или частиц твердого тела, через которые распространяется звук. Как энергия связана с волной? Количество энергии, переносимой волной, связано с амплитудой волны.

В чем сходство звуковых и световых волн?

Свет и звук есть обе волны. Распространение или распределение звука на самом деле очень похоже на свет, только намного медленнее. Звуковые или световые волны отражаются, преломляются и затухают в зависимости от окружающей среды.

Как передается световая энергия?

Пояснение: Свет распространяется прямолинейно, как волна в воздухе. Существует небольшая часть электромагнитного спектра, состоящая из видимого света, который мы можем видеть. … Они используют электричество или химическая энергия которая передается световой энергии для генерации видимого света.

Может ли энергия передаваться светом и звуком в космическом пространстве?

Звуковые волны, как и все механические волны, не могут быть переданы или передается через пустое пространство (вакуум).

Какие бывают виды звуковой энергии?

Повседневные примеры звуковой энергии
  • вентилятор кондиционера.
  • взлетающий самолет.
  • балерина танцует в туфлях на каблуках.
  • лопнул воздушный шарик.
  • колокольчик звенит в микроволновке.
  • ревет бумбокс.
  • шуршит метла.
  • жужжащая пчела.
См. также количество аутосом у человека.

Что такое звуковая энергия простыми словами?

Проще говоря, звуковая энергия происходит от вибраций, проходящих через что-то. Твердые тела, жидкости и газы передают звук в виде энергетических волн. Звуковая энергия возникает, когда сила, будь то звук или давление, заставляет объект или вещество вибрировать. Эта энергия движется через вещество волнами.

Что означают свет и звук?

Театрализованное представление, представляемое ночью в исторической обстановке, обычно на открытом воздухе., используя записанный звук, освещение и другие эффекты, чтобы рассказать об истории места. имя существительное. 1.

Что передается волной?

Энергия передается волнами через колебание частиц, но сами частицы движутся перпендикулярно горизонтальному движению волны. Энергия преобразуется между потенциальной (запасенной) и кинетической (движение) энергией по мере того, как частицы переходят из состояния покоя в движение и обратно в состояние покоя.

Какое утверждение лучше всего сравнивает передачу света и звука?

Какое утверждение правильно сравнивает звуковые волны и световые волны? Световые волны распространяются быстрее звуковых. Что из следующего перечисляет формы электромагнитного излучения в порядке от самой высокой энергии до западной энергии?

Может ли звуковая энергия проходить через газы?

Звук распространяется быстрее через твердые тела, чем через жидкости и газы, потому что молекулы твердого тела расположены ближе друг к другу и, следовательно, могут быстрее передавать колебания (энергию). Звук проходит наиболее медленно через газы, потому что молекулы газа максимально удалены друг от друга.

Чем отличаются свет и энергия?

Свет и энергия

Свет также может ассоциироваться с энергией, а также существует простое соотношение энергии и длины волны. Чем больше длина волны, тем меньше энергия, и наоборот. Видимый свет обладает меньшей энергией, чем, скажем, ультрафиолетовый свет или рентгеновские лучи, и большей энергией, чем инфракрасное излучение или радиоволны.

Смотрите также, что такое населенный пункт США

Что является примером передачи энергии звуковыми волнами?

Звук – это движение энергии вибрации через вещества в виде волн. Когда музыкант бьет в барабан, это создает вибрацию; эта вибрация создает звуковые волны, которые доходят до наших ушей для приема и обработки. Хотя волны невидимы, они по-прежнему являются источником энергии для передачи информации.

Каковы различия между световыми волнами и звуковыми волнами quizlet?

Световые волны НЕ требуют среды, быстрее всего они путешествуют в пустом пространстве; Звуковые волны ТРЕБУЮТ среды, они быстрее всего распространяются в плотных материалах, таких как твердые тела. Звук – это продольная волна. Дайте определение и приведите пример отражения световой волны и звуковой волны. … Свету не требуется среда, через которую он может путешествовать.

Является ли звуковая энергия возобновляемой или невозобновляемой?

Звуковая энергия связана с вибрациями материи (звуковые волны вызывают вибрацию частиц воздуха — вот как вы можете слышать), так же как и форма кинетической энергии (энергия, которой обладают все вещи, когда они движутся). Это не источник энергии, поэтому не имеет смысла называть его «невозобновляемым» или «невозобновляемым». «возобновляемый».

Что такое звуковая энергия для детей?

Звук – это энергия, которую мы можем слышать. Это вид кинетической энергии то, что сделано из вибрации материи. Звук движется от источника своей вибрации через другую материю, например воздух или воду. В зависимости от того, как движется звук или от типа вибраций, которые его вызвали, звук может быть громким или тихим, высоким или низким или искаженным.

Что такое световая энергия?

Энергия света это форма энергии и выражается в джоулях. … Человеческий глаз улавливает видимый свет. Это также видимый свет, который управляет фотосинтезом. Синие и красные длины волн являются двумя наиболее эффективно поглощаемыми хлорофиллами длинами волн видимого света.

Каковы 5 сходств между светом и звуковыми волнами?

Сходства
  • световые волны и звуковые волны могут преломляться, отражаться и преломляться.
  • они оба могут иметь диапазон частот и длин волн.
  • они оба передают энергию без переноса материи.

Чем похожи или различаются звуковые волны и волны на струне?

Звуковые волны в воздухе ведут себя примерно так же. … Другой пример — поперечные волны на струне. Струна смещается вверх и вниз, когда волновой импульс движется слева направо, но сама струна не испытывает никакого результирующего движения.

Звук тоже свет?

Правда, что звук и свет одинаковы лишь в той мере, в какой они оба являются волнами. Они по своей сути различны на том основании, что свет представляет собой электромагнитное излучение. … Звук, однако, требует достаточной среды. Требуется взаимодействие молекул среды с другими молекулами среды.

Каковы 3 типа передачи энергии?

Существует три вида передачи тепловой энергии: теплопроводность, излучение и конвекция. Конвекция – это циклический процесс, происходящий только в жидкостях. Молекулы воды на дне нагретой кастрюли начинают двигаться быстрее, а затем расходятся. Эти возбужденные молекулы поднимаются; падает более холодная и плотная вода. Смотрите также, сколько миль от Австралии до Новой Зеландии.

Является ли звук видом энергии?

Звук – это тип энергия, создаваемая вибрациями. Когда объект вибрирует, это вызывает движение окружающих его молекул воздуха.

Является ли звук кинетической энергией?

Звук вызывается вибрациями на объекте или от него, поэтому он считается форма кинетической энергии.

Можно ли трансформировать или превратить в тепло световую и звуковую энергию, а также энергию движения?

Уточнение: учащиеся объясняют, что электроэнергия может быть преобразована в тепловую, световую и/или звуковую энергию, а также в энергию движения. Учащиеся объяснят, что энергия Солнца может использоваться для обогрева объектов, а при отсутствии солнечного света тепло может теряться.

Можно ли преобразовать звуковую энергию в тепловую?

Да, звуковые волны могут генерировать тепло. На самом деле, звуковые волны почти всегда генерируют небольшое количество тепла, когда они распространяются, и почти всегда заканчиваются теплом, когда они поглощаются.

Почему звук не передается в вакууме объясните?

Звук вообще не распространяется в пространстве. То вакуум космического пространства практически не содержит воздуха. Поскольку звук — это просто вибрирующий воздух, в пространстве нет воздуха, который мог бы вибрировать, и, следовательно, нет звука. … Радио — это форма электромагнитного излучения, такая же, как и свет, и поэтому оно может прекрасно путешествовать в космическом вакууме.

Что такое звуковая энергия и примеры?

Звуковая энергия может быть определена как волны физической вибрации, которые распространяются по воздуху и достигают ушей. Он сигнализирует мозгу интерпретировать входящий звук (звуки). Энергия поступает из внешнего источника, такого как пение, игра на барабанах и т. д. Ее также можно рассматривать как движение вибраций через материю.

Каковы примеры световой энергии?

Есть много примеров, которые мы видим в нашей повседневной жизни, несущих энергию света, таких как зажженная свеча, вспышка, огонь, электрическая лампочка, керосиновая лампа, звезды и другие светящиеся тела и т.д. Каждый действует как источник света. Даже горящая свеча является примером световой энергии.

Свет является потенциальной или кинетической энергией?

Свет является примером электромагнитного излучения и не имеет массы, поэтому он ни кинетическая, ни потенциальная энергия.

Что такое звук? | Шоу доктора Бинокса | Обучающие видео для детей

Свет | Шоу доктора Бинокса | Обучающие видео для детей

Энергия света и звука

Энергия света и звука

Молекулы звуковые волны – Справочник химика 21

    Скорость молекул газа определяет также скорость распространения в нем звука, которая составляет приблизительно 3/4 от среднеквадратичной скорости молекул данного газа. В этом нет ничего удивительного, так как звуковые волны распространяются благодаря движению молекул. [c.157]

    Звуковое высушивание успешно применяется для дегидратации многих теплочувствительных твердых тел. Имеется серийный прибор со звуковым свистком, в котором сжатый воздух или другой газ образуют звуковые волны [25]. При поочередном увеличении и уменьшении давления газа с частотой 10 ООО раз в секунду энергия звуковых волн достаточна для того, чтобы разорвать связи между молекулами воды. Выделяющаяся при этом влага уносится небольшим количеством теплого сухого газа. 

[c.583]


    Так как комплексообразование обычно зависит от давления, то равновесие между А и В будет нарушаться при прохождении ультразвуковых волн через раствор. Этот эффект вызывает затухание звуковой волны при избытке поглощения, обусловленное рассеянием волны и переводом молекул в более высо–кие энергетические состояния.
Если избыточное звуковое поглощение обусловлено только нарушением диссоциации [c.385]

    В том случае, если в жидкости, в которой распространяется звуковая волна, существует равновесие между двумя различными родами молекул, нарушающееся при распространении звука и восстанавливающееся с конечной скоростью, то в подобной жидкости наблюдаются релаксационные явления. При наличии релаксации наблюдается характерная зависимость (рис. 9) скорости звука, коэффициента поглощения, деленного на квадрат частоты, и коэффициента поглощения [I, рассчитанного на длину волны от частоты. При определенной частоте о, называемой частотой релаксации, на кривой с — Дю) наблюдается точка перегиба (рис. 9), а на кривой м = /(ы) максимум. 

[c.77]

    Звук — это движение молекул, находящихся в состоянии гармонических колебаний, в пространстве и во времени. По своей гармонической природе звуковые колебания сходны со светом, однако отличаются от последнего в трех отношениях 1) скорость распространения звука гораздо меньше скорости света 2) звук не распространяется в вакууме 3) звуковые волны продольны, т. е. частицы в них колеблются вдоль направления распространения звука. Молекулярное движение в среде, через которую проходит звук, характеризуется наличием чередующихся областей сжатия и разрежения на расстояниях одна от другой, где % — длина звуковой волны. 

[c.399]

    Следовательно, можно определить в различных условиях скорость распространения звука (ультразвуковых волн) с = XV. Показано, что эта скорость превышает среднюю скорость движения молекул. Действительно, периодические изменения сжатия и многих других свойств, обнаруживаемые при прохождении звуковых волн, происходят быстрее, чем система может поглотить или отдать тепло. Следовательно, эти изменения происходят адиабатически. Если в системе отсутствуют вязкие силы, молекулы не обмениваются энергией и химические процессы не происходят, то прохождение звука не сопровождается потерями энергии или изменением скорости распространения. Именно такие системы мы и рассмотрим сначала. 

[c.399]


    Для большинства органических жидкостей поглощение звука в соответствии с классическими уравнениями пропорциона. чьно квадрату частоты [235]. Однако известен ряд органических соединений, в которых поглощение происходит по законам релаксационных процессов [236]. Подобные акустические релаксационные процессы считаются обычно результатом возмущений звуковой волны конверсией молекул в жидкости. Если в жидкости существует равновесие между состоянием 1 и 2, константы скорости прямого и обратного процесса kf и к ,) связаны с частотой максимального поглощения следующим соотношением [237]  
[c.222]

    Флуктуации плотности — случайные локальные сгущения и разрежения вещества. Различают два вида флуктуаций плотности адиабатические и изобарические. Адиабатические флуктуации плотности в жидких фазах по своей физической природе эквивалентны адиабатическим сгущениям и разрежениям, возникающим при распространении в жидкостях продольных звуковых волн. В сущности, адиабатические флуктуации плотности есть затухающие звуковые колебания, перемещающиеся в жидкости со скоростью звука во всех направлениях от области возникновения флуктуации. Возникают адиабатические флуктуации плотности, например, в тех случаях, когда векторы скорости движения нескольких молекул случайно направлены либо к центру малого элемента объема жидкости, тогда локальное давление возрастает и образуется адиабатическое сгущение, либо от центра— тогда давление падает и происходит адиабатическое расширение. При адиабатическом расширении в жидкости может возникнуть полость или дырка . Молекулярные механизмы образования флуктуаций плотности связаны с появлением дефектов в квазикристаллической структуре жидкой фазы. [c.28]

    Поместим жидкую фазу в термостат. Тогда нагревание устраняется путем отвода теплоты йС1 = 7 5 = — Здесь — энтропия, поступаюш,ая в термостат от жидкости 5 — прирост энтропии жидкости за счет необратимых процессов, вызванных звуковой волной. В итоге энтропия жидкой фазы не изменяется й8 = 0. Взаимодействие звука с жидкостью в этих условиях формально протекает так, как если бы оно было обратимым процессом. Но в действительности, как уже было сказано, в жидкости возникает ряд необратимых процессов. Сюда относятся процессы переноса — поток теплоты, поток количества движения, диффузия и реакции, приводящие к перестройке структуры жидкости и различного рода изменениям ее молекул. Если амплитуда звуковой волны мала, то с хорошей степенью точности внутренние процессы можно считать независящими от процессов переноса. [c.223]

    В 1925 г. Пирс [1] обнаружил, что скорость звука в СО2 зависит от частоты звуковых волн. Вскоре после этого было установлено, что такая зависимость объясняется метастабильностью колебательной энергии в отношении перехода в поступательную энергию. Скорость звука связана с теплоемкостью. среды, и при высоких частотах внутренняя энергия молекул может не успевать изменяться одновременно с колебаниями температуры и по этой причине не будет влиять на теплоемкость. Примерно в 1930 г. было найдено, что переход поступательной энергии в колебательную происходит довольно медленно, особенно если частота колебаний велика и для дезактивации требуется очень большое число газокинетических соударений [2]. Например, для релаксации молекул окиси углерода, имеющих один колебательный квант, необходимо в среднем около столкновений с невозбужденными молекулами окиси углерода при комнатной температуре. Классическая теория Ландау—Теллера [3] правильно описывает зависимость времени релаксации от приведенной массы сталкивающихся партнеров, частоты колебаний и температуры. В 1931 г. Зинер [4] опубликовал квантовомеханическое решение задачи о переходах колебательной энергии в газах. Работа Зинера — основополагающая для современной теории. Однако только в 1950 г. теория Зинера была приведена [c.214]

    Явление дисперсии состоит в изменении скорости распространения звука при изменении его частоты. Некоторые из степеней свободы молекул возбуждаются медленнее других, поэтому теплоемкость газа может зависеть от скорости его нагревания. Если же в газе происходит распространение звука, то, при небольшой частоте колебания, за время прохождения звуковой волны все степени свободы молекул успевают возбудиться. Устанавливается равновесие, при котором теплоемкость газа имеет максимальное значение. Если частота звука велика, то за время прохождения звуковой волны не все степени свободы успевают возбудиться. Чем больше частота звука, тем больше отставание возбуждения внутренних степеней свободы. Вследствие этого проявляется не вся внутренняя теплоемкость, но только часть ее, тем меньшая, чем больше частота звука. [c.72]


    Полученное выражение можно преобразовать, учитывая, что сжатие и разрежение в поле звуковой волны можно принять близкими к адиабатическому процессу. Это объясняется тем, что в диапазоне звуковых и ультразвуковых частот (до десятков мегагерц) длина волны много больше длины среднего свободного пробега молекул газа. Поэтому выравнивания температуры между узлами и пучностями волны практически не происходит. [c.25]

    При распространении звуковой волны в жидкостях, газах и твердых телах происходят необратимые потери энергии. В жидкостях наибольшие потери обусловлены внутренним трением (вязкостью) жидкости известную роль играет и теплопроводность жидкости, так как процессы сжатия и расширения в звуковой волне происходят адиабатически — температура на участках сжатия становится выше температуры на участках расширения. Работа переноса энергии с более нагретых участков в менее нагретые совершается за счет поглощения энергии звуковой волны. В газах влияние фактора теплопроводности на поглощение звука соизмеримо с влиянием вязкости в смесях газов дополнительное поглощение вызвано диффузией более легких молекул из участков сжатия в участки расширения. При более детальном рассмотрении необходимо также учесть, что между молекулами газа происходят и неупругие соударения, что, по-видимому, в большей мере сказывается на участках сжатия. [c.31]

    При прохождении звуковой волны нарушается распределение молекул по положениям равновесия. Возникающие релаксационные процессы, стремящиеся восстановить состояние равновесия, связаны с поглощением энергии звуковой волны. Под действием звука происходит также перераспределение молекул жидкости по ассоциированным комплексам со значительным временем релаксации, что влияет и на процесс поглощения звука. [c.32]

    Согласно классической теории, поглощение звуковых волн в однородных жидкостях и газах определяется вязкостью, теплопроводностью, рассеянием и диффузией и не зависит от длины волны. Если же имеется смесь частиц, обладающих различными энергиями (смесь конформеров), то поглощение будет разным на разных частотах. При низких частотах звуковых волн столкновения молекул происходят достаточно часто, и молекулы самих устанавливают распределение по различным энергетическим уровням — трансляционным, вращательным, колебательным и электронным. Когда же частота ультразвуковой волны становится высокой, энергетические импульсы проходят через среду за период времени, меньший, чем время столкновения молекул. В результате возникает другое распределение уровней, и поглощение звуковой энергии меняется.[c.50]

    Рассмотрим случай двух поворотных изомеров, разделенных потенциальным барьером (1,2-дихлорэтан). Если время жизни одного из них Ti, а другого Та, то время релаксации т = Tj т , т. е. за период времени т молекулы возвращаются в исходное состояние. Тогда для релаксационной частоты звуковой волны /о будет соблюдаться соотношение [c.50]

    Упругое раздвижение молекул друг от друга начальная деформация). Этот процесс приспособления протекает со скоростью звуковых волн и сравнительно мало зависит от температуры. [c.84]

    Наиболее важной особенностью поглощения в инфракрасной области является то, что каждая связь в молекуле имеет свой характерный максимум поглощения, который обычно мало зависит от соседних заместителей. Поэтому можно составить таблицы, показывающие пределы колебаний максимума поглощения данной связи. В табл. 57 приведены некоторые данные такого рода, которые должны представить интерес для исследователей, работающих с токсичными фос( юрными эфирами. По разным причинам данная связь может иметь больше одного максимума поглощения. Во-первых, характер колебания связи может быть различным, а каждый вид колебаний имеет свою частоту и, следовательно, свое поглощение. Например, в А — В А и В могут сближаться и расходиться как шары на спиральной пружине (что выражается в частоте растяжения ) или могут колебаться, как если бы они были прикреплены к противоположным концам вибрирующего кларнетного язычка (что выражается в частоте изгибания или частоте деформации ). Во-вторых, данная основная частота может иметь ряд обертонов, которые будут заметны только в том случае, если основная частота обладает высокой интенсивностью. Эти обертоны подобны хорошо известным обертонам звуковых волн, но они не часто в точности дублируют основную частоту. Первый обертон может быть использован, например, в случае растяжения С — Н-связи для распознавания в близкой ИК-области. И, наконец, две частоты могут взаимодействовать друг с другом, давая поглощение, частота которого является либо суммой, либо разностью основных частот.[c.423]

    Наши представления о волнах обычно ассоциируются с морской волной или движением горба вдоль сотрясаемого упругого шнура, поскольку механические волны являются результатом колебания упругой среды и наблюдаются визуально. Однако в менее упругой среде, например в воздухе, также возникают волны они могут иметь большую длину, но быть незаметными для человеческого глаза. Таковы, например, звуковые волны, которые воспринимаются ухом, но не воспринимаются глазом. Световые волны, напротив, воспринимаются зрительно. Но мы не чувствуем механических свойств световых волн в виде давления. И только специальными опытами устанавливается, что свет также производит давление, как молекулы газа на стенки заключающего его сосуда. Следовательно, зрительное или звуковое восприятие не может быть принято за основу при описании волнового движения. Волновое движение отражает некоторый периодически повторяющийся процесс. Периодически повторяющимися процессами являются колебания упругой среды, движение маятника, колебания напряженности электрического или магнитного поля и т. д. [c.21]

    В природе часто бывает так, что много похожих элементов (например, молекул, животных) взаимодействует между собой таким образом, что возникают широкомасштабные феномены поведения, не присущие отдельным элементам. В качестве примера можно указать обсуждавшиеся уже газы отдельные молекулы, подчиняющиеся довольно простым законам столкновения, в совокупности демонстрируют коллективное поведение, которое может быть весьма разнообразным и сложным – звуковые волны, вихри, турбулентность. [c.199]

    Теперь зададим вопрос, сколько времени потребуется звуковой волне, чтобы пройти над маленькой молекулой Простой расчет пока- [c.20]

    Когда имеется смесь двух различных газов, то одинаковая концентрация составных частей во всём объёме будет соответствовать равновесному состоянию только в том случае, когда давление и температура во всём объёме также одинаковы. Если в однородной смеси двух газов разного молекулярного веса искусственно создать неоднородное распределение давлений или температур, то это вызовет процесс встречной диффузии составных частей смеси. Молекулы более лёгкого газа будут диффундировать в одном направлении, молекулы более тяжёлого газа — во встречном направлении. Этот процесс будет вызывать рассеяние акустической энергии 111]. Соответствующий расчёт [12] приводит для коэффициента поглощения звука в смеси а ,, вызванного взаимной диффузией составных частей смеси, в силу различного давления в звуковой волне, к выражению [c.15]

    Предложения использовать эти средства для борьбы с дымо-и нагарообразованием при горении тяжелых топлив основывались на желании улучшить и ускорить процесс горения каждой капли путем воздействия на него извне, например высоковольтным электрическим разрядом или высокочастотными звуковыми колебаниями. В первом случае предполагалось, что электрический разряд, обладая огромной энергией, мгновенно разрушит все молекулы тяжелых углеводородов с образованием массы активных частиц и выделением большого количества тепла. Эти частицы и высокотемпературная волна, распространяясь от зоны разряда, должны были послужить своего рода активизаторами. Однако, как показала специальная проверка, проведенная авторами, та- [c.82]

    АКУСТИЧЕСКАЯ СПЕКТРОСКОПИЯ, изучает распространение в в-ве звуковых волн малых амплитуд. В случае продольных волн частицы или малые элементы объема, содержащие не менее 10 молекул, колеблются вдоль направления распространения волны, в случае поперечных-в плоскости, перпендикулярной этому направлению. Продольные волны создают последовательно чередующиеся адиабатич. сжатия и разрежения среды, сопровождающиеся изменением т-ры и соответствующим смещением равновесия хим. р-ций. В областях сжатия и разрюжения возникают небольшие локальные отклонения от термодинамич. равновесия, не приводящие (в случае звуковых колебаний малых амплитуд) к фазовым переходам. Среда стремится вернуться в состояние термодинамич. равновесия, т.е. возникают релаксац, процессы, к-рые приводят к поглощению энергии волн. Убывание амплитуды (избыточного давления АР) плоской волны, распространяющейся вдоль направления х, описывается ур-нием АР(х) = АРое где ДРо начальная амплитуда, а-коэф. поглощения, зависящий от частоты [c.80]

    Скорость распространения давления зависит от скорости самих молекул газа. Поскольку звуковые волны вызывают адиабатический нагрев, не удивительно, что скорость звука в газе зависит от теплоемкости. Детальный анализ показывает [10], что скорость звука в газе равна СрЯТ1СуМ) .  [c.267]

    Ячейка Польмана [1202, ]203, П38] представляет собой заполненную жидкостью чашку, в которой взвешены очень мелкие листовые чешуйки алюминия (диаметром 10—20 мкм). В ультразвуковой волне на эти диски, малые по размерам по сравнению с длиной волны, действуют силы, которые пытаются их ориентировать перпендикулярно к направлению звука. Такой эффект используется также на дисках Рэлея, подвешенных на нити, для абсолютного измерения интенсивности звука в жидкостях или газах. Против ориентирующего действия звуковой волны на эти чешуйки в ячейке действует нерегулярное броуновское движение молекул, так что в диаиазоне интенснвзюстей звука около 1 10 чешуйки ориентируются тем полнее, чем выше интенсивность. Если посмотреть в ячейку против направления звука и осветить суспензию, тсГ под соответствующим углом места с большей интенсивностью будут выглядеть более светлыми, так как ориентированные чешуйки лучше отражают свет. [c.299]

    Свободный объем можно вычислить также из разности скорости звука в жидкости и газе. В большинстве жидкостей скорость звука (в 5—10 раз больше, чем средняя скорость молекул, вычисленная по кинетической теории. Это можно объяснить следующим образом. Пусть три молекулы расположены на одной линии (А, В и С на рис. 2.3), и пусть звуковая волна движется от внутреннего края молекулы А в направлении ближайшего рая молекулы В со скоростью Ugas, равной скорости звука в идеальном газе. В соответствии с кинетической теорией газов [c.111]

    Тип движения, описанный в разделе А2а, является наложением двух нормальных колебаний с одинаковыми амплитудами, описанных в разделе А2б. Если колебания принадлежат к такому сложному типу, то частота, с которой движение передается от одного маятника к другому, равна разности между частотами двух нормальных колебаний. (Поочередное движение двух маятников является иллюстрацией явления биений . Эти биения обусловлены интерференцией двух нормальных колебаний, возбужденных одновременно в одной системе маятников, подобно тому как хорошо известные акустические биения обусловлены интерференцией звуковых волн, возбужденных одновременно в некоторой среде, например, в воздухе. Связь между этими двуы.ч явлениями становится очевидной, если напомнить, что в случае распространения звука отдельные молекулы воздуха колеблются подобно маятникам около более или. менее твердо фиксированных положений равновесия.) [c.39]

    Используя модель упругой непрерывной среды, Дебай, конечно, понимал, что она применима только до тех пор, пока длина звуковой волны (Л = 2тг/к) значительно превосходит межатомные расстояния. В случае коротких волн необходим микроскопический подход, основанный на исследовании колебаний атомов кристаллической решетки. В дальнейшем колебания молекул и атомов кристаллических решеток были тш ательно изучены. Дебай, пытаясь предельно упростить задачу, выдвинул изяш,ную идею. Он предположил, что линейная зависимость частоты колебаний от волнового вектора не нарушается, но величина волнового вектора не может быть больше некоторого значения, которое естественно обозначить /го- Как же выбрать значение предельного волнового вектора Ответ прост. И в его простоте — успех модели. Закон Дюлонга и Пти свидетельствует о том, что при высоких температурах все имеюш,иеся в теле осцилляторы дают одинаковый по величине вклад во внутреннюю (тепловую) энергию тела. При этом вклад каждого осциллятора — его средняя энергия — вовсе не зависит от частоты. Следовательно, правильное значение теплоемкости при высоких температурах получится, если полное число осцилляторов приравнять утроенному числу атомов в теле. Отсюда [c.298]

    Скорость упругих звуковых волн в растворе сильно зависит от взаимодействий между молек]/лами растворенного вещества и растворителя и между молекулами собственно растворителя. Для детального описания взаимодействий растворенное вещество – растворитель акустические методы используются мало чаще всего измерение скоростей звука имеет целью лишь установление чисел гидратации молекул в водных растворах [59]. Успешное примейение акустических методов для физико-химического исследования растворов стало возможным только после появления адекватных теоретических моделей и методов точного определения скоростей ультразвука в малых объемах жидкости. [c.170]

    При совместном использовании озонирования и ультразвука повышается эффективность очистки по ХПК, а также усиливается бактерицидный эффект. Ультразвуковая обработка воды позволяет снизить на 70—90% количество требуемого для дезинфекции озона Механизм взаимодействия между озоном и ультразвуком, порождаю щий явления синергизма, довольно сложен, и не все еще в нем по нятно. Предполагается, что распространение интенсивных ультра звуковых волн в воде вызывает явление кавитации, которая зна чительно повышает степень разложения молекул окислителя стимулируя образование свободных радикалов. Кроме того, вслед ствие возникновения микротурбулентности, сопровождающей ульт развуковое излучение, ускоряется переход озона из газовой фазы в растворенное состояние. [c.54]

    Другими словами, для продольных и крутильных колебаний считается применимой классическая теория, т. е., как было показано в разделах IV. 3 и IV. 4, каждой степени свободы соответствует энергетический вклад Я/2 в мольную теплоемкость. Сакиадис и Коутс предположили, что частота продольных и крутильных колебаний молекулы (как твердого тела) может быть аппроксимирована отношением скорости звука к межмолекулярному расстоянию, поскольку звуковые волны очевидно передаются благодаря продольным и крутильным колебаниям молекул. Большинство измерений скорости звука в жидкостях дает величины порядка 103 м/сек, а межмолекулярные расстояния, определяемые по рентгеновской дифракции, составляют величины порядка нескольких ангстрем. Таким образом, частоты приближаются к 10 2 секг благодаря чему величина к /кТ при комнатной температуре намного меньше единицы.[c.318]

    Напомним, что до сих пор под скоростью звука мы подразумевали выражение (13.10), вычисляемое в условиях отсутствия теплопередачи. Одиако если теплопроводность газа достаточно велика, то скорость звука (13.10) определяется при постоянной температуре. Действительно, нз-за большой теплопроводности температура успевает устанавливаться в процессе сжатия и разрежения в звуковой волне. Для идеального газа скорость звука остается порядка тепловой скорости молекул газа (13.17), однако числовой фактор в этой зависимости изменяется по сравнению со случаем, когда теплопроводность мала, т. е. звук является изоэитропическим. [c.205]

    Для изучения структуры гидратной воды и подвижности ее протонов существуют три диапазона электромагнитных колебаний рентгеновский, инфракрасный и радиодиапазон. В молекулах воды наиболее низкими частотами (4 10 Гц) характеризуются колебания ядерных спинов, соответствующие переходам между основным состоянием молекулы, когда спины протонов антипараллельны, и возбужденным состоянием, когда они параллельны. Эти частоты малы по сравнению с частотами обмена протонами между молекулами воды (10 —101 Гц) и относятся к радиодиапазону. Интересно, что по порядку величины они сравнимы с механическими колебаниями (Ю —10 Гц), т. е. звуковыми волнами музыкального диапазона (Габуда, Ржавин, 1978). На рис. 8 представлен диапазон электромагнитных колебаний, используемых для изучения структуры гидратной воды. [c.100]

    В 1933 г. Флосдорф и Чамберс [231], Чет-Гиориц [2] и Сца-лаи [3] установили, что вязкость растворов некоторых природных полимеров снижается при воздействии звуковых волн высокой частоты. Они объяснили изменение вязкости разрушением молекул полимера, что было установлено с помощью химических методов Сцалаи. [c.379]

    Очевидно, звуковая волна не может распространяться быстрее, чем дв 1жугся молекулы газа опыт показывает, что скорость звука несколько меньше скорости молекул. [c.191]

    Характерное время процессов, выводящих молекуляр-систему из равновесного состояния, зависит от конкретного тнпа возмущающего действия и может изменяться Р очень широких пределах. Разберем наиболее простой пример механического возмущения равновесной системы. Проще всего механически подействовать на газ движущимся поршн (рнс. 7). Еслн вдвигать поршень относительно медленно, то система в целом будет оставаться равновесной, давление и температура будут одинаковыми во всех частях сосуда, а распределение частиц по энергиям будет оставаться больцмановским, как и в случае неподвижного поршня. Физически очевидно, что должен существовать диапазон скоростей движения поршия, при которых равновесие в системе не будет успевать устанавливаться. Согласно сформулированному критерию сопоставления характеристических времен, для создания неравновесного распределения поршень должен ударять по молекулам газа чаще, чем они сталкиваются друг с другом. Такая ситуация будет иметь место, если поршень проходит межмолекулярпое расстояние быстрее, чем это делает сама молекула газа. Средняя скорость хаотического теплового движе ни я молекул газа близка к скорости звука в нем, — это естественно, поскольку в идеальном газе нет дальнодействующих сил и передача энергии н импульса происходит только непосредственно при соударениях. Соответственно звук (колебания давления) распространяется в газовой среде примерно с той же скоростью, с какой движутся сами молекулы. Если поршень движется со скоростью, меньшей скорости звука в среде, от него распространяется обычная звуковая волна сжатия. Если же поршень вдвигать в сосуд быстрее скорости звука, то ситуация становится принципиально неравновесной и возникает интереснейшее явление — ударная волна. Основная особенность ударной волны — скачкообразное изменение параметров газа давления, плотности, температуры. На рнс. 7 приведены также профили давления в обычиой звуковой и в ударной волнах. [c.53]

    Жидкими кристаллами называют оптически анизотропные жидкости, поскольку в оптическом отношении они ведут себя, как многие кристаллические твердые тела. Они являются двояко-преломляющими, т. е. свет распространяется в них в форме двух составляющих волн, которые (в случае непоглощающих материалов) линейно поляризованы перпендикулярно друг к другу и к направлению распространения и имеют различные скорости распространения. Это приводит к вращению плоскости колебаний линейно поляризованного света. Жидкости состоят из длинных молекул, которые спонтанно (внезапно) ориентируются параллельно в молекулярном масштабе на больших расстояниях. На это упорядочение, а следовательно и на оптические свойства, могут повлиять и оптические поля (индикация на жидких кристаллах, L D — Liquid rystal Display), и механические силы. Поэтому в принципе можно сделать распределение звукового давления видимым. [c.298]


Конспект и презентация урока на тему”Распространение звука.Скорость звука”

Муниципальное бюджетное общеобразовательное учреждение «Школа-интернат среднего (полного) общего образования имени Героя Советского Союза Ш.С. Сулейманова с. Новый Каинлык» муниципального района Краснокамский район Республики Башкортостан

Дата 23.01.2014.

Урок физики на тему:

Тема: Распространение звука. Скорость звука. (9 класс)

Цель урока: Учащиеся должны усвоить знания о характере распространения звука и звуковых волн.

Задачи урока:

Образовательные:

  • Овладеть системой знаний о распространении звуковых волн;

  • Текущий контроль понимания учениками изучаемого материала;

  • формирование в сознании учащихся естественно- научной картины окружающего нас мира.

Развивающие:

  • формировать умения выделять признаки сходства в описании упругих и других видов волн.

  • продолжить развитие речи, мышления, внимания.

  • формирование материалистического мировоззрения;

  • вооружение учащихся правильным методологическим подходом к познавательной и практической деятельности;

Воспитательные:

  • привить интерес к изучению физике;

  • расширить кругозор.

  • профориентация.

Тип урока: комбинированный.

Метод проведения: Объяснительно – иллюстративный.

Формируемые умения: Наблюдать, сравнивать, анализировать, синтезировать.

Оборудование: Проектор, ПК, камертон.

План:

1.Организационный момент (2 мин)

2. Актуализация знаний, проверка домашнего задания (10 мин)

3. Изучение нового материала (13 мин)

4. Закрепление изученного материла, проверочная работа (11 мин)

5. Домашнее задание (2 мин)

Ход урока:

  1. Организационный момент

Здравствуйте, я рада видеть вас на сегодняшнем уроке.

  1. Актуализация знаний.

Включить звуки……………..

Мы живем в мире самых разнообразных звуков, звуки нас окружают всегда и везде: утром мы взрослые просыпаемся под звук ненавистного будильника, а вы ребята под мелодичный голос вашей мамы, на уроки мы идем под звуками звонка и целый день то радуемся , то чуть –чуть огорчаемся услышав этот звук. А звонок последнего урока, действует на вас как какое- то волшебство и вы под гулом своих собственных звуков идете радостно домой. Тиканье часов и гул моторов, шелест листьев ,хруст снега, раскаты грома и журчание ручейка, пение птиц и голоса людей, звучание музыкальных инструментов – вот примеры звуковых волн которые нас ежедневно сопровождают по жизни…

1.(фронтальный опрос).Ребята давайте ответим на вопросы.

– Что изучает акустика? ( Акустика – раздел механики, изучающий звуковые волны.)

-Какие бывают источники звука?… Естественные (голос, шелест листьев, шум прибоя и др.) Искусственные (камертон, струна, колокол, мембрана и др.)

– Каким общим свойством обладают все источники звука? ( Колеблются )

– Механические колебания каких частот называются звуковыми и почему? ( 16-20000Гц, т.к. колебания именно этих частот воспринимаются человеческим ухом.)

Если частота меньше, то это…………………инфразвук…….

Если частота больше, то это……………ультразвук……………….

– От чего зависит высота звука? ( От частоты колебания источника звука.)

– Что такое тембр звука? ( Индивидуальная особенность сложной звуковой волны.)

– Как изменится громкость звука, если уменьшить амплитуду колебания его источника? ( Уменьшается.)

– От чего зависит громкость звука? (От амплитуды колебания источника звука.)

-Назовите единицы громкости и уровня громкости звука.( В системе СИ: 1 дБ

Мощным естественным источником звука является грозовой разряд. До 120 дБ)

– Как отражается на здоровье человека систематическое действие громких звуков?

( Звуки высокой громкости не просто надоедают и утомляют – они могут серьезно подорвать здоровье человека. Люди, работающие в шумных условиях страдают профессиональными заболеваниями органов слуха.)

IV. Изучение нового материала.

Демонстрация опыта с будильником под воздушным колоколом. В стеклянный колокол помещают электрический звонок и выкачивают воздух. Звук становится все слабее и, наконец, прекращается.(Видеофильм)

– Ребята, какие выводы вы сделали после просмотра видеофильма? (Для распространения звука необходима, упругая среда. В вакууме звуковые волны распространяться не могут.)

Итак ребята, об этом как раз мы сегодня и будем говорить с вами.

Записываем число и тему нашего урока «Распространение звука. Скорость звука».

Мы воспринимаем звуки ,находясь на расстоянии от их источников .Сжатие и разрежение воздуха достигают нашего уха и через колебания барабанной перепонки у нас возникают слуховые ощущения.(Видеофильм УХО)

Было доказано, что звук распространяется не только в воздухе. Звуковые волны распространяются везде, кроме вакуума. Хорошо проводят звуки упругие вещества ,например металлы, древесина ,жидкости, газы.

Мягкие и пористые тела –плохие проводники звука. Чтобы защитить помещение от проникновения посторонних звуков стены,пол , потолок прокладывают звукоизоляционными материалами. Это –войлок, прессованная пробка, пористые камни, пенопласт. Мои советы чтобы в вашем доме было тихо: Двойные стекла существенно снижают шум; высадите деревья между домом и дорогой; замените тонкие двери более основательными, выберите самую тихую модель бытовой техники, в том числе акустической; пользуйтесь дома мягкой обувью.

Жидкости хорошо проводят звук. Стоя на берегу реки, вы можете услышать отдаленные звуки. А если вы любите рыбачить должны знать ,рыбы например хорошо слышат шаги и голоса на берегу.

Итак, давайте напишем вывод: Звук распространяется в любой упругой среде- твердой, жидкой газообразной, но не может распространяться в вакууме.

Из простейших наблюдений можно увидеть, что распространение звуковых волн происходит не мгновенно. Например, вовремя грозы мы сначала видим молнию, потом только слышим звук. Такие явления, как грозу, выстрел, взрыв, удар топором по дереву, мы вначале видим и только спустя некоторое время слышим сопровождающий их звук.

Ребята,в какой среде скорость звука меньше: в газах, жидкостях и твердых телах?

-В газах.

Да, наименее плотной средой является газ. Поэтому скорость звуковых волн в нем небольшая. Причем волны в газе затухают достаточно быстро.

В воздухе скорость звука впервые была измерена в 1636 году французом М. Марсенном. При температуре 200С она составила 343 м/с. (Слайд –шоу «Измерение скорости звука в воздухе»)

Скорость звука зависит от температуры среды: с увеличением температуры воздуха она возрастает. Конечно, в рамках небольшого изменения температуры скорость меняется незначительно. Например, для воздуха при t=20оС скорость звука равна 334 м/с, а при t=0оС она равна 331 м/с. На качественном уровне этот факт можно объяснить тем, что при низких температурах скорость молекул газа меньше и процесс переноса колебательного процесса молекул также уменьшается.

В разных газах скорость звука различна: чем больше масса молекул газа, тем меньше скорость звука ( в водороде – 1284 м/с, в кислороде – 316м/с).

Распространение звука в жидкостях. Скорость звука в жидкости больше, чем в газе, т.к. жидкость является более плотной средой, и взаимодействие смежных слоев молекул происходит быстрее, чем в газе.

Впервые скорость звука была измерена в воде на Женевском озере 1826 году. Она оказалась равной 1440 м/с. Следует иметь ввиду следующее обстоятельство: при переходе волны из-за отражения на границе «воздух-вода» в воду попадает лишь малая часть энергии исходной волны. Почти 99% энергии волны отражается.

Когда волна идет из воды в воздух, также около 99% энергии волны отражается в воду. Следовательно, очень редко звуковые волны, созданные под водой, регистрируются на берегу. Для регистрации звуковых волн под водой необходимо регистрирующие приборы опустить на определенную глубину, тогда можно услышать множество звуков, издаваемых живыми организмами подводного мира.

Распространение звуковых волн в твердых телах. Самая большая скорость звуковых волн в твердых телах. Это связано с особенностью строения твердых тел. Т.к. звуковая волна является продольной, то она не гаснет, переходя из твердого тела в газ или жидкость, поэтому при подземных взрывах, землетрясениях всегда слышен гул.

Благодаря тому, что твердые тела хорошо проводят звуковые волны, возможно обучение глухих людей игре на музыкальных инструментах и танцам. Вибрация пола, корпуса музыкального инструмента позволяет глухим людям распознавать музыкальные такты и даже ноты. Благодаря этому некоторые люди, потерявшие слух, бывают способны танцевать под музыку, которое доходит до их слуховых нервов не через воздух и наружное ухо, а через пол и кости.

В давние времена в крепостных стенах помещали «слухачей», которые по звуку, передаваемому землей, могли определить, ведет ли враг подкоп к стенам или нет.

Ребята, давайте посмотрим таблицу на стр.130

Выводы.Распространение звука происходит не мгновенно, а с конечной скоростью.
Для распространения звука обязательно нужна среда — воздух, вода, металл и т. д.
Звук в вакууме распространяться не может, т.к. здесь нет упругой среды,
и поэтому не могут возникнуть упругие механические колебания.
В каждой среде звук распространяется с разной скоростью.

В настоящее время скорость звука может быть измерена в любой среде.

Если звук – это волна, то для определения скорости звука, помимо формулы v=s\t

можно воспользоваться известными формулами:

= · Т =

= /Т

Понятие звук связывает науку физику с музыкой. С точки зрения физики звук – это механическая волна, которая возникает в результате колебания упругого тела. Звуки более чистые, более звонкие, обладающие определенной высотой, длительностью, громкостью и тембром – это музыкальный звук, издают их музыкальные инструменты.

Я предлагаю вам сейчас немножко отдохнуть ,послушать звучание народных музыкальных инструментов.

Салават.КУРАЙ – духовой инструмент ,башкирская разновидность открытой продольной тростниковой флейты. Этот тип инструментов – один из самых древних на земле, существующих около V тысяч лет. Курай обладает своеобразным сипловатым тембром, хорошо слышимым среди степных просторов. Курай для башкир стал выразителем духовной сущности народа. Курай является частью государственной символики Башкортостана, его семь лепестков олицетворяют образ народов, проживающих на территории республики. Звуковой диапазон курая охватывает три октавы. Первая октава включает шесть звуков мажорной гаммы (отсутствует седьмая ступень). Во второй и третьей октаве звуки составляют полную мажорную гамму. Например, строй курая ДО.

Пять звуковых отверстий дают звукоряд, соответствующий гамме. До мажор без звука Си на первой октаве. Самый низкий звук получается тогда, когда закрыты все отверстия. В данном случае звучит нота ДО, что является основным звуком, определяющим строй курая.

-Если открыто снизу первое отверстие, то получается нота РЕ

– Если открыто снизу два отверстия, то получается нота МИ.

– Если открыто снизу три отверстия, то получается нота ФА.

– Если открыто снизу четыре отверстия, то получается нота СОЛЬ.

– Если открыты все пять отверстий, то получается нота ЛЯ.

Айсылу. Баян – один из самых распространенных инструментов, источников звуковых волн. Это неизменный спутник не только классической музыки, но и народных напевов. Это музыкальный инструмент, ручная кнопочная гармонь с полным хроматическим звукорядом на правой клавиатуре, басами и готовым аккордовым аккомпанементом на левой; назван в честь древнерусского певца-сказителя Бояна.

Итак,баян состоит из трёх частей — правый полукорпус, левый полукорпус, меховая камера. Звук в баяне возникает за счёт колебания язычков в проемах голосовой планки под воздействием воздушной струи из меховой камеры или в меховую камеру.

Отдохнули, продолжаем урок.

V. Вопросы на закрепление.

  1. Может ли звук распространяться в газах, жидкостях, в твёрдых телах, в вакууме? Приведите примеры. (Звук распространяется во всех упругих телах – твёрдых, жидких и газообразных, но не может распространяться в безвоздушном пространстве. Звук распространяется в воде. Примеры: рыбы слышат шаги и голоса людей на берегу, это хорошо известно рыболовам)

  2. Может ли звук сильного взрыва на Луне быть слышен на Земле? Ответ обоснуйте Звук сильного взрыва на Луне не будет слышен на Земле, так как на Луне нет атмосферы..

  3. Какую волну – продольную или поперечную – представляет собой звук, распространяющийся в воздухе? В воде?(Продольная)

  4. Приведите пример, показывающий, что звуковая волна распространяется не мгновенно, а с определённой скоростью?( Во время грозы мы сперва видим молнию и только через некоторое время слышим гром, так как скорость света 30 000км/с, а скорость звука в воздухе 343 м/с)

  5. В каком веке и как была измерена скорость звука в воздухе?( Скорость звука в воздухе впервые довольно точно была определена в 1822г. французскими учёными.

Скорость звука в воде измерили также Ж. Колладон и Я. Штурм в 1826 году. Измерения они проводили на Женевском озере в Швейцарии. К одной лодке был привязан опущенный в воду колокольчик, а к другой – опущенный в воду рупор. Лодки находились на расстоянии 14 км. На первой лодке били в колокольчик и одновременно поджигали порох, на второй регистрировали время задержки между вспышкой и приходом звука.

6. Чему равна скорость распространения звука в воздухе при 20оС? . Скорость звука в воздухе при 20оС равна 340 м/с.

7.От чего зависит скорость звука в газах? (От массы молекул газа и температуры газа.)

VI. Практические задания.

Задача1.

Какой диапазон длин волн имеет звук в воздухе и воде. Скорость распространения волн в воде – 1483 м/с, в воздухе – 343 м/с. У доски решают задачу (имя учениц). Первая ученица ищет диапазон длин волн в воздухе, а вторая – в воде.

Человеческое ухо воспринимает обычно частоты в диапазоне от 16 Гц до 22 кГц.

Это соответствует диапазону длин волн от

 

до

Задача2. Скорость звука в воздухе равна 340 м/с. Ухо человека имеет наибольшую чувствительность на длине волны 17 см. Частота этой волны равна …

1) 2 кГц 2) 200 Гц 3) 20 Гц 4) 20 кГц

Задачи ГИА.

A 4 № 58. Каким параметром звуковых колебаний определяется громкость звука?

1) частотой
2) периодом
3) амплитудой
4) скоростью распространения

Решение.

Громкость звука — субъективное восприятие силы звука (физической величины). Которая зависит, в основном, от амплитуды.

 

Правильный ответ указан под номером 3.

 

Примечание.

Вообще говоря, восприятие человеком силы звука зависит также от частоты (спектрального состава) звуковых волн и ряда других факторов. Однако первой в ряду этих факторов стоит всё-таки амплитуда.

A 4 № 85. Примером продольной волны является

1) звуковая волна в воздухе
2) волна на поверхности моря
3) радиоволна в воздухе
4) световая волна в воздухе

Решение.

В продольных волнах колебания частиц осуществляются вдоль оси распространения волны, в поперечных — перпендикулярно.

Звуковая волна в воздухе являет собой пример продольной волны, поскольку молекулы воздуха смещаются вдоль оси распространения звука.

Волны на поверхности моря являются, по сути, суперпозицией, т. е. наложением продольных и поперечных волн. В результате каждая частица смещается и по направлению распространения волны и в направлении, перпендикулярном ему. Таким образом, в случае малой амплитуды волны каждая частица движется по окружности, радиус которой убывает с расстоянием от поверхности. Частицы внизу сетки находятся в покое.

Радиоволны в воздухе и световые волны в воздухе — это электромагнитные волны. Такие волны являются поперечными, поскольку изменение вектора напряжённости электрического поля и вектора напряжённости магнитного поля, которые вместе образуют единое электромагнитное поле, происходит в плоскости перпендикулярной распространению излучения.

 

Правильный ответ указан под номером 1.

A 4 № 112. Звуковые волны могут распространяться

1) в газах, жидкостях и твёрдых телах
2) только в твёрдых телах
3) только в жидкостях
4) только в газах

Решение.

Поскольку звуковые волны относятся к продольным, в продольных волнах колебания частиц осуществляются вдоль оси распространения волны, они могут распространяться в газах, жидкостях и твёрдых телах.

 

Правильный ответ указан под номером 1.

A 4 № 625.  На рисунке представлен график зависимости давления воздуха от координаты в некоторый момент времени при распространении звуковой волны.

Длина звуковой волны равна

1) 0,4 м
2) 0,8 м
3) 1,2 м
4) 1,6 м

Решение.

Длина волны — это расстояние по горизональной оси, соответствующее одному периоду колебания. В данном случае оно равно 0,8 м.

 

Правильный ответ указан под номером 2.

IV. Домашнее задание.

Параграф 37,38, вопросы, упр.32(1,2).

Физики определили верхний предел скорости звука во Вселенной — Рамблер/новости

Специальная теория относительности Эйнштейна показала нам предел возможной скорости во Вселенной — скорость света в вакууме. Со скоростью звука всё несколько сложнее. Невозможно её измерить в каждом существующем материале, но теперь учёным удалось установить её верхний предел, основанный на фундаментальных константах и универсальных параметрах, с помощью которых мы понимаем физику Вселенной. И звук, и свет, с одной стороны, распространяются как волны, но, с другой, — ведут они себя совершенно иначе. Видимый свет — это форма электромагнитного излучения, поэтому световые волны состоят из колеблющихся электрических и магнитных полей. Эти поля генерируют самоподдерживающуюся электромагнитную волну, которая может перемещаться в вакууме, и её максимальная скорость составляет около 300 000 километров в секунду. Прохождение через какую-либо среду, такую как вода или атмосфера, замедляет световые волны.

Звук же — это механическая волна, которая вызвана вибрацией в среде. Когда волна проходит через среду, её молекулы сталкиваются друг с другом, передавая энергию по ходу движения. Следовательно, происходит обратное — чем жёстче среда, тем труднее ее сжимать, и тем быстрее распространяется звук. К примеру, именно поэтому звук в воде распространяется быстрее, чем, скажем, в атмосфере, благодаря чему, киты и дельфины могут общаться между собой на огромных расстояниях . В твёрдом теле, как, например, алмаз, звук может двигаться ещё быстрее. Собственно, именно это его свойство используется учёными для изучения внутреннего строения как Земли , так и звёзд . Ну и само собой звуковые волны используют материаловеды при изучении различных свойств материалов тех или иных сред. Таким образом, предел скорости звука, как минимум, теоретически опишет для нас свойства самого твёрдого материала во Вселенной, поможет нам найти и понять пределы различных свойств, таких как вязкость и теплопроводность, имеющих отношение к высокотемпературной сверхпроводимости, кварк-глюонной плазме и даже физике черных дыр.

При вычислении предела скорости звука, команда учёных из Англии и России обнаружила, что он зависит от двух фундаментальных констант: постоянной тонкой структуры , характеризующей силу электромагнитных взаимодействий между элементарными заряженными частицами, и отношение массы протона к массе электрона . Интересно, что точно настроенные значения константы тонкой структуры и отношения массы протона к массе электрона, а также баланс между ними управляют ядерными реакциями, такими как распад протона и ядерный синтез в звёздах, приводя к созданию основных биохимических элементов, включая углерод. Этот же баланс обеспечивает узкую «зону обитаемости» в пространстве, где могут образовываться звёзды и планеты и появляться поддерживающие жизнь молекулярные структуры.

Это же сочетание постоянной тонкой структуры и отношения массы протона к массе электрона приводит к другой безразмерной величине, которая имеет неожиданное и специфическое значение для ключевого свойства конденсированных фаз — скорости, с которой волны распространяются в твёрдых и жидких телах, то есть скорости звука. Для подтверждения уравнение, выведенного специалистами, они экспериментально измерили скорость звука в большом количестве элементарных твёрдых тел и жидкостей и результаты измерений, полностью согласовались с предсказаниями. В результате расчётов, получилось, что ограничение скорости звука, согласно расчётам, составляет 36 километров в секунду, что примерно в два раза больше скорости звука, проходящего через алмаз .

Шумиха по поводу преодоления скорости света не имеет под собой научных оснований

На днях многие СМИ запестрели заголовками: «Эйнштейн в очередной раз разоблачен», «Немецким ученым удалось превзойти скорость света», «Теория Эйнштейна устарела» и т.  п. В этих заметках говорится о том, что в экспериментах двух немецких физиков, Гюнтера Нимца (Gunter Nimtz, он и является главным героем истории) и Альфонса Штальхофена, обнаружено сверхсветовое движение и тем самым опровергнута теория относительности Эйнштейна. Сообщение о «перевороте в физике» прошло даже по радио и телевидению. Исходным материалом для этих сообщений явилась заметка в New Scientist  — научно-популярном журнале с информацией невысокого качества.

 Гюнтер Нимц считает, что простой эксперимент с нарушенным полным внутренним отражением опровергает теорию относительности (адаптированное изображение из обсуждаемой статьи).

 

 

 

 

Далекий от науки, пусть и привыкший не доверять СМИ читатель может купиться на такое обилие сообщений и засомневаться — «а может действительно опровергли эту непонятную теорию относительности?» Что ж, расскажем вначале, что скрывается за этой историей, а затем немного поясним суть физической проблемы.

Откуда дровишки?

Бодрые заголовки в СМИ наводят на мысль, что авторам удалось поставить эксперимент какого-то нового типа, который никогда раньше не ставили и который впервые смог обнаружить сверхсветовое движение.

Но заглянем в статью (а точнее, препринт) немцев «Макроскопические нарушения специальной теории относительности», с которой и началась шумиха. Это текст на полторы страницы, в котором описание опыта занимает всего лишь несколько строчек. Казалось бы, эксперименту, который должен путем прямого измерения доказать, что импульс микроволнового излучения распространяется быстрее скорости света, должно быть уделено больше места. Однако в статье не приведено практически никаких существенных подробностей: ни параметров импульса, ни характеристик детектора, ни каких-либо графиков. Даже человека, не знакомого с научной литературой, это может удивить — разве так принято описывать результаты сенсационных экспериментов?

Разгадка проста. В этой работе вовсе и нет никакого нового эксперимента. В ней очень кратко описан известный опыт, который в разных вариациях многократно ставился в разных лабораториях — туннелирование микроволн через барьеры (подробности см. ниже). Его ставил в том числе и сам Нимц, именно поэтому он уже не вдается в детали при его описании. Если пройтись по списку публикаций Нимца, то можно увидеть, что этот же самый тип экспериментов он обсуждает уже свыше десятка лет. Впервые он его описывает в статье 1992 года J. Phys. I., France 2, 1693–1698 (кстати, статья находится в свободном доступе на сайте журнала), а затем повторяет это же обсуждение в разных вариациях в 1997, в 2001, в 2006 году.

Таким образом, ни новых экспериментов, ни новых результатов, ни даже новых выводов из известных результатов эта статья не содержит. В ней просто автор еще раз повторяет то, что уже многократно говорил последние 15 лет. Но если эти эксперименты действительно сенсационные, то почему о них молчали все это время?

На самом деле, о них не молчали, но только никакой сенсацией они не являются. Эта тема активно исследовалась уже десятки лет и продолжает изучаться сейчас. Достаточно сказать, что за последние десять лет появилось уже несколько больших обзоров свежих результатов по этой тематике (см. ссылки внизу) — ситуация, характерная для бурно развивающихся областей. Работы Нимца тоже активно обсуждались — и не нашли никакой поддержки. Поскольку его эксперименты очень простые и воспроизводимые, то выходит, дело не в них самих, а в их интерпретации. Это особенно заметно в тех случаях, когда Нимц придумывает интерпретации к чужим экспериментам, которые однозначно демонстрируют, что даже в самых экзотических случаях информация передается медленнее скорости света (см. статью Nature 425, 695–698 (16 October 2003) и последовавшую переписку Нимца с авторами статьи, опубликованную там же).

Получается, Нимц не предлагает каких новых опытов; он расходится с остальными физиками в интерпретации всеми воспроизводимых физических явлений. А именно, он считает, что теория относительности нарушается там, где остальные считают, что она не нарушается. (Такое положение вещей, кстати, само по себе может показаться странным; так это отчасти и есть, см. подробности ниже.)

Можно, конечно, попытаться представить ситуацию в том свете, что он прав, а все остальные — нет, но гораздо естественнее другой вывод. Не требуется быть большим ученым — достаточно хорошего университетского курса физики, — чтобы, почитав статьи Нимца, понять, что он просто плохо понимает физику. Несмотря на все свои регалии.

Суть проблемы

Теперь пояснение для тех, кто хочет немножко разобраться в том, почему эти простые эксперименты вызывают такой спор. Но вначале стоит сказать несколько слов по поводу теории относительности и ее якобы опровержения.

Во-первых, теория относительности основывается на постулате, что никакой материальный предмет и никакая передача информации не может происходить быстрее скорости света. Воображаемое движение образов, не являющееся перемещением материальных предметов и не передающее информацию, может происходить с любой скоростью. Самый известный пример — пятно от быстро вращающегося лазера на достаточно далекой стене.

Во-вторых, надо понимать, что теория относительности была в свое время взята не с потолка, а как бы угадана из сформулированных в конце 19 века свойств электричества и магнетизма. Если бы в этих опытах с микроволнами нарушалась теория относительности, то это означало бы ни много ни мало крах электродинамики — ведь Нимц утверждает, что обнаружил сверхсветовое перемещение сигнала в опытах с классическими (т. е. не-квантовыми) электромагнитными волнами.

Впрочем, за электромагнетизм можно не бояться. Свойства классических электрических и магнитных полей проверены и перепроверены уже миллионократно, во всевозможных ситуациях и экзотических устройствах. В том числе, они многократно проверялись и с микроволнами в таких радиотехнических устройствах, как резонаторы и волноводы. И никогда не было намека на то, что уравнения Максвелла — описывающие электрические и магнитные поля — хоть в чем-то нарушались.

В-третьих, часто можно услышать «а почему вы считаете, что теория относительности абсолютно верна?» с дальнейшим развитием в том направлении, что-де закостенелые официальные физики боятся даже подумать о возможности нарушения теории относительности.

На самом деле это не так. Активно изучаются варианты устройства нашего мира, в которых теория относительности слегка нарушается. Слегка — это потому что, нарушив ее сильно, тут же приходишь к противоречию с многочисленными экспериментальными фактами. Один из примеров такой теории обсуждался в заметке Ну очень специальная теория относительности, но есть и немало других примеров.

Так что «подправлять» теорию относительности никто не запрещает, но осмысленно это делать лишь в той области, где она еще не проверена. А в микроволновой радиотехнике она, еще раз повторюсь, перепроверена вдоль и поперек.

Теперь перейдем к сути проблемы. В этих экспериментах изучается процесс туннелирования волн через область, в которой они не могут свободно распространяться. Слово «туннелирование» навевает мысли о квантовой механике, но на самом деле это совершенно общее свойство всех волн — будь то микрочастицы, световые волны, микроволновое излучение или звуковые волны.

Во всех этих случаях можно сконструировать такое устройство, в котором два «проводника волн» разделены зазором, в котором волны затухают, т. е. неспособны распространяться бесконечно далеко. Для электрона это может быть потенциальный барьер, для света — нарушенное полное внутреннее отражение (см. например заметку Даже серебро можно сделать прозрачным), для микроволн — специальная узкая секция в волноводе. Несмотря на это волна может протиснуться через эту область на небольшое конечное расстояние, и значит, может проникнуть (туннелировать) из первого во второй «проводник волн».

Вопрос, который мучает физиков уже свыше полувека, заключается в следующем: каково время туннелирования? Этот безобидно выглядящий вопрос стал предметом долгих споров, поскольку ряд вычислений привел к странному выводу: это время может быть меньше, чем время, за которое свет пересек бы эту область. В вольной интерпретации это значит, что при туннелировании происходит сверхсветовое движение, со всеми вытекающими отсюда последствиями.

Вся загвоздка состоит в том, что именно считать временем туннелирования. Если бы речь шла о движении точечной частицы, то все было бы предельно ясно. Но речь идет о движении волны, которая как-то распределена в пространстве и может менять свою форму. Что в этом случае считать «начальным» и «конечным» временем? На скорость чего в этом случае надо смотреть?

Тут есть несколько вариантов. Можно смотреть на гребни волны — тогда получится фазовая скорость. Это наименее физически осмысленное понятие — давно известно, что с ней не связан никакой перенос энергии или информации, и в некоторых случаях (например, в тех же волноводах) она безболезненно превышает скорость света.

Иллюстрация волнового пакета — в обычных средах именно с движением максимума волнового пакета связано перемещение энергии

Можно вместо этого приготовить волновой пакет (сгусток волн, как на рисунке) и смотреть на движение его максимума. С этим движением связана групповая скорость волны. В обычных средах это «хорошее» понятие, поскольку с групповой скоростью ассоциируется перемещение энергии волнового пакета.

Однако есть экзотические случаи, например, прохождение через специально приготовленные активные области, в которых скорость движения максимума может превышать скорость света (см. подробное объяснение). На самом деле в этих случаях максимум вовсе не движется со сверхсветовой скоростью. Просто получается так, что импульс сам «вырастает» на выходе из области, будучи «инициированным» передним фронтом сигнала. Энергия при этом не переносится со сверхсветовой скоростью — она была запасена в активной среде и лишь высвобождается на выходе по сигналу переднего фронта падающего импульса.

Наконец, есть и еще время распространения информации, которое расшифровывается буквально — если мы в какой-то пролетающий мимо импульс закодируем бит информации, то спустя какое время детектор его сможет уловить. Это время распространения резких привнесенных искажений в импульс, в противоположность регулярному периодическому процессу, с которым ассоциируется, например, фазовая скорость.

Специально поставленные эксперименты (см. ссылку на Nature выше) показали, что даже импульсы со сверхсветовыми максимумами переносят информацию медленнее скорости света. Таким образом, те сверхсветовые скорости, которые получались при описанных выше определениях времени, не имеют прямого физического смысла, по крайней мере в отношении теории относительности. Реальная скорость передачи информации (что подразумевает гораздо более тонкий эксперимент, чем проделан Нимцем) во всех, даже самых экзотических случаях получалась меньше скорости света.

Итак, по сути Нимц не признает того, что скорость передачи информации в особых ситуациях может сильно отличаться от групповой скорости волны. Он считает, что они всегда совпадают, — хотя есть прямые опыты, демонстрирующие различие. Именно в этом он расходится с остальными.

Несмотря на то что уже показано, что теория относительности тут не нарушается, исследования этого вопроса продолжаются. Было введено еще несколько определений времени, и сейчас до конца непонятно, что именно описывает каждое из них. Особенно интересной ситуация становится в квантовй механике, где начинают работать особенности, связанные с детектированием квантовых частиц.

См. также недавние обзоры:
1) А.Б. Шварцбург, Туннелирование электромагнитных волн — парадоксы и перспективы // УФН, т.177, вып.1, стр. 43 (январь 2007).
2) Herbert G. Winful, Tunneling time, the Hartman effect, and superluminality: A proposed resolution of an old paradox // Physics Reports, 436, Issues 1-2, December 2006, Pages 1-69.

 

Статья Игоря Иванова на “Элементах”

Читать “Абсолютный минимум. Как квантовая теория объясняет наш мир” – Файер Майкл – Страница 6

Что такое волны?

Существует много видов классических волн: волны на воде, звуковые волны, световые (электромагнитные) волны. Все волны имеют ряд общих характеристик, таких как амплитуда, длина волны, скорость и направление распространения (направление, в котором движется волна). На рис. 3.1 показана волна, движущаяся в направлении x. Амплитуда волны — это «расстояние» между её положительным и отрицательным пиками по направлению сверху вниз{3}. Длина волны — это расстояние вдоль направления её распространения между двумя положительными или отрицательными пиками, то есть это расстояние, через которое волна повторяет саму себя. Если, оседлав волну, вы сместитесь на любое целое число длин волн вперёд или назад вдоль неё, то для вас ничего не изменится. Любая волна движется с определённой скоростью V.

Волны характеризуются скоростью и частотой

Скорость волны зависит от её типа, и эта характеристика требует небольшого обсуждения. Представьте себе, что стоите рядом с волной, изображённой на рис. 3.1, но волна эта настолько протяжённая, что её начало и конец вам не видны. Тем не менее вы всё равно можете определить её скорость с помощью секундомера. Засеките время, когда мимо вас пройдёт положительный пик, и остановите отсчёт, когда с вами поравняется следующий положительный пик. Теперь у вас достаточно информации для определения скорости волны. Волна проходит расстояние d, равное одной длине волны, за время t. Это расстояние можно получить, умножив скорость на время: d=Vt. (Если вы едете в автомобиле со скоростью V = 60 км/ч и ваша поездка занимает время t=1 час, то вы покроете расстояние d=60 км.) Если взять расстояние, равное одной длине волны, и разделить его на время, которое требуется на прохождение этого расстояния, то получится скорость: V=d/t. Наблюдение за проходящей мимо волной подобно наблюдению за движением очень длинного поезда. Вы видите, как один за другим следуют товарные вагоны. Если знать длину вагона и время, за которое он вагон проходит мимо вас, то можно определить скорость поезда.

Рис. 3.1. Волна, движущаяся в направлении x. Прямая представляет нулевую амплитуду волны. Волна испытывает положительные и отрицательные колебания относительно нуля. Расстояние между пиками — это длина волны. Волна движется вдоль оси x со скоростью V

Другая важная характеристика волн, связанная с их скоростью и длиной, — это частота. Учёные любят использовать греческие буквы для обозначения величин, поскольку латинские буквы в основном уже имеют общепринятое применение. Нет особых причин обозначать скорость буквой V, расстояние — d, а время — t, но обычно используются именно эти буквы{4}. Поэтому мы обращаемся к греческому алфавиту. Обычно для обозначения длины волны используется буква λ (лямбда), а для частоты волны — ν (ню). Для понимания смысла частоты вновь рассмотрим идущий мимо товарный поезд. Если подсчитать, сколько вагонов проходит мимо за определённый отрезок времени, вы определите частоту вагонов. Если в минуту проходит 10 вагонов, то их частота составляет 10 в минуту, что часто записывается в виде 10 мин−1. Частота волны определяется по числу циклов (пиков), отмечаемых в месте наблюдения за секунду. Если за секунду (сек) отмечено 1000 циклов, частота составляет ν=1000 сек−1 = 1000 Гц. Для числа событий в секунду есть собственная единица — герц (Гц), названная в честь Густава Людвига Герца (1887–1975), который в 1925 году разделил с Джеймсом Франком Нобелевскую премию по физике

«за открытие законов соударения электрона с атомом».

Длина, скорость и частота волны связаны между собой уравнением λν=V.

Океанские волны

Когда волны распространяются по глубокой океанской воде, их гребни поднимаются выше среднего уровня моря, а впадины опускаются ниже. Типичная океанская волна имеет длину λ=160 м и движется со скоростью 60 км/ч. Период волны, то есть время между двумя её гребнями, составляет 10 сек, а частота, таким образом, равна ν=0,1 Гц. Амплитуда — это просто расстояние{5} между гребнем и впадиной, так что зрительно представить себе амплитуду совсем несложно. (Волны разбиваются о берег, поскольку на мелкой воде их впадины доходят до дна и это их замедляет. Гребни движутся быстрее впадин и опрокидываются, отчего волна обрушивается на берег. У волн, движущихся в океане, гребни не обрушиваются.)

Звуковые волны

Звуковые волны — это волны плотности в воздухе. Стандартный камертон для ноты ля первой октавы имеет частоту 440 Гц. После удара его зубцы вибрируют с частотой 440 Гц. Эта вибрация порождает звуковые волны. Зубцы движутся взад и вперёд, «толкая» в соответствующих направлениях воздух с частотой 440 Гц и порождая волны с частотой ν=440 Гц. При температуре 21 °C скорость звука составляет 1239 км/ч, или 345 м/сек. Поскольку λν=V, длина звуковой волны с частотой 440 Гц составляет λ=0,78 м. Звуковые волны представляют собой чередование уплотнений воздуха выше средней плотности и разрежений воздуха ниже средней плотности, то есть воздуха становится то больше, то меньше. Плотность воздуха — это его масса, приходящаяся на единицу объёма, например число граммов в кубическом сантиметре (г/см3). Увеличение плотности обычно связано с ростом давления, так что можно представлять себе звуковые волны как волны давления, в которых давление воздуха возрастает и убывает с частотой 440 Гц. Когда звуковая волна достигает уха, периодические подъёмы и спады давления заставляют барабанную перепонку двигаться взад-вперёд с частотой звуковой волны, в данном случае равной 440 Гц. Движение барабанной перепонки передаёт звук во внутреннюю часть уха, где крошечные волоски покачиваются в соответствии с частотой звука. Движение этих волосков возбуждает нервы, а мозг расшифровывает нервные импульсы, и мы слышим звук.

Амплитуда звуковой волны — это разница между максимальной и минимальной плотностью (максимальным и минимальным давлением). В отличие от амплитуды океанских волн амплитуду звуковой волны увидеть нельзя, но, конечно, можно определить на слух разницу в амплитудах звуковых волн. Относительно просто превратить звуковые волны в электрические сигналы, что делается с помощью микрофона. Как только из звуковой волны получен электрический сигнал, её амплитуду можно узнать, измеряя величину электрического сигнала. Как и все классические волны, звуковые волны распространяются в определённом направлении и характеризуются амплитудой, длиной волны и скоростью.

Классические световые волны

Обсуждение океанских и звуковых волн подготовило нас к классическому волновому описанию света. В этом описании, которое во всех деталях определяется уравнениями Максвелла (Джеймс Клерк Максвелл, 1831–1879), свет представляется как электромагнитная волна. Эта волна обладает электрическим и магнитным полями, которые оба колеблются с одинаковой частотой. Если вы видели, как магнит притягивает небольшие предметы, то знакомы с действием магнитного поля. Магнитное поле магнита является статическим, а не колеблющимся, как в случае света. Вы также могли наблюдать проявления электрических полей. Если в очень сухой день причёсываться пластмассовой расчёской, то можно заметить, что волосы к ней притягиваются. К ней также могут прилипать оказавшиеся рядом маленькие кусочки бумаги. Эти эффекты обусловлены статическим электрическим полем. Электромагнитная волна состоит из электрического и магнитного полей, которые испытывают колебания.

A Sonic Zoom: физик из Университета Миссисипи подтверждает, что звук может распространяться быстрее, чем свет скорость


света.

Джоэл Мобли, доцент кафедры физики и астрономии
и научный сотрудник Национального центра физической акустики UM
, начал изучать акустику
микроскопических сфер в 1994 году в качестве аспиранта Вашингтонского университета
в Сент-Луисе. Луи. В 2005 году его исследование
показало, что звук может распространяться со сверхсветовой скоростью
, когда сферы случайным образом перемешиваются в воде.

Последнее исследование Мобли подтверждает это указание, и его
работы, финансируемые из внутренних источников, были опубликованы 21 сентября в выпуске
рецензируемого физического журнала Physical Review
Letters.

«Это интересное наблюдение за распространением ультразвука
в воде», — сказал редактор журнала Джек
Сандевейс из Йельского университета.«Это, безусловно, дает
знания о дисперсионных системах».

«Идея о том, что группы акустических волн могут двигаться быстрее, чем
света, не нова, но до недавнего времени никто не видел, чтобы это происходило со скоростью
», — сказал Мобли. «Это явление естественно
ограничено таким образом, что делает его совместимым с
теорией относительности Эйнштейна, которая гласит, что никакая информация не может передаваться
быстрее света. Тем не менее, эта работа предлагает новый взгляд на эффект, обычно наблюдаемый в экспериментах
со светом, а не со звуком.

В более ранней работе Мобли утверждал, что вода, обогащенная
пластиковыми шариками микроскопического размера, толщиной всего в
человеческого волоса, может поддерживать ультразвуковые импульсы
со скоростью, превышающей скорость света. Отчет о моделировании
был опубликован в июле 2007 г. в Журнале Американского акустического общества
.

«Исследование началось как попытка стандартизировать
биомедицинских измерения», — сказал Мобли. «Некоторые аспекты
этой текущей работы могут быть применены к изучению новых
типов фармацевтических препаратов, в которых используются микроскопические частицы
в системе кровообращения.

Лабораторный эксперимент проводится в резервуаре с водой путем возбуждения
импульсов ультразвука длительностью менее одной миллионной доли
секунды между двумя преобразователями, один из которых действует как громкоговоритель, а другой — как микрофон. Камера образца
, напоминающая плавучий буй, обнаруженный в
плавательных бассейнах, содержащая приблизительно 40000 пластиковых
микросфер в менее чем чайной ложке воды, помещается на
пути акустических импульсов. Камера для образцов
перемешивается вручную, чтобы сферы перемешивались случайным образом, пока
проходят звуковые волны.

«Многие исследователи могут ожидать, что для этого эффекта потребуется среда с порядком
, такая как кристалл, который имеет регулярно повторяющийся паттерн
», — сказал Мобли. «Поэтому то, что это произошло в случайном облаке
сфер, удивительно».

Помощником Мобли была UM Салли Макдоннелл Барксдейл с отличием
, студентка колледжа Эванс Хейтхаус, 20-летняя старшеклассница
по специальности физика из Хаттисберга. Запланированный на выпуск
в мае 2008 года, Хейтхаус сказал, что возможность провести лабораторные исследования
с Мобли бесценна для него как для
, так и для студента и будущего студента медицинской школы.

«Доктор. Мобли — невероятный профессор и замечательный человек», — сказал
Хайтхаус. «Он не только профессор, но и коллега по
и отличный наставник. Я благодарен, что он взял меня
под свое крыло».

С доказательством того, что сферы могут передавать звук с такой скоростью
, Мобли надеется, что его исследование получит в будущем финансирование
: «Существуют некоторые общие черты, общие для передачи
микроволн и распространения ультразвука, так что
открытия, сделанные в нашей ультразвуковой лаборатории, потенциально могут быть
применяется к микроволновым системам, которые используются для
сотовых телефонов, беспроводного интернета, спутникового телевидения и почти всего, что вы можете себе представить, кроме традиционного телевидения и
радио», — сказал Мобли.

Эксперименты проводились в NCPA, где Мобли входит в
часть Исследовательской и инженерной группы ультразвука:
«NCPA был создан для проведения передовых исследований
в области акустики, и работа доктора Мобли является
последней. в ряду таких открытий», — сказал Хэнк Басс, директор NCPA
.

Мобли присоединился к факультету UM в 2005 году, проработав как в
Исследовательской лаборатории армии США в Мэриленде, так и в Национальной лаборатории Ок-Ридж
в Теннесси.

Для получения дополнительной информации о Национальном центре физической акустики UM
посетите веб-сайт
.


http://www.olemiss.edu/depts/ncpa/.

Физика света и звука для детей

Физика — это особая область изучения в области науки, которая фокусируется на составе и свойствах как энергии, так и материи, а также на том, как они взаимодействуют друг с другом. Некоторые из форм материи и энергии, охватываемые физикой, включают электричество, излучение, атомы и тепло.Все эти термины и темы могут сделать изучение физики сложным. Есть теории и принципы для изучения и эксперименты для проведения. Понятно, что вся информация может быть ошеломляющей, особенно для детей. Однако самый простой способ начать понимать физику — просто начать с основ. Два самых основных и важных вопроса в физике — это изучение света и звука. Многие более продвинутые принципы и исследования в области физики ведут к общим знаниям о том, как они оба функционируют.Один из самых важных фактов, которые нужно понять о свете и звуке, заключается в том, что оба являются формами энергии, движущимися волнами. Хотя обе они представляют собой формы энергии, распространяющиеся в виде волн, между звуковыми волнами и световыми волнами есть существенные различия.

Звук и свет распространяются с существенно разными скоростями. Световые волны движутся со скоростью почти в миллион раз быстрее, чем звуковые волны. Световые волны способны двигаться в пустом пространстве со скоростью около 186 000 миль (или 299 792 458 метров) в секунду.Это быстрее, чем большинство людей могут даже начать понимать. Это также причина выражения «быстрее скорости света». В области физики термин «свет» обычно используется для обозначения электромагнитного излучения; однако существуют различные другие типы света. Другие формы света включают инфракрасный свет, ультрафиолетовый свет и свет, видимый человеку, известный как видимый свет. Каждый тип света имеет разные частоты длины волны, некоторые из них высокие, а некоторые низкие.Частота света определяет, улавливается ли он человеческим глазом, хотя люди способны видеть разные типы длин волн, чем другие виды. Например, насекомые, такие как пчелы и пауки, способны видеть ультрафиолетовый свет, а рептилии, такие как змеи, могут видеть некоторые инфракрасные лучи. Некоторые млекопитающие, например обезьяны, способны видеть тот же свет, что и люди. Другие, например собаки, видят похожий свет, но видят меньше цветов, которые намного тусклее, чем их воспринимают люди.Собаки часто воспринимают свет и цвета как тусклый желтый, синий или серый. Главный ключ к пониманию света заключается в понимании того, что свет существует повсюду, во многих формах, хотя люди просто не в состоянии видеть большинство типов только своими глазами.

Звуковые волны сильно отличаются от световых волн по способу своего распространения. Звуковые волны распространяются намного медленнее световых волн со скоростью около 1125 футов (около 340 метров) в секунду. Звуковые волны также отличаются в том смысле, что они проходят через любой тип вещества, будь то твердое, жидкое или газообразное, тогда как свет лучше всего проходит через пустое пространство.Когда звуковые волны ударяются о материалы, они вызывают вибрации. Эти вибрации бывают либо высокочастотными, либо низкочастотными. Звуковые волны низкой частоты производят низкие тона, а волны высокой частоты создают высокие тона. Когда частота звуковых волн изменяется, это создает изменение высоты звука, слышимого человеческим ухом. Как и в случае со световыми волнами, уровень частот звуковых волн, которые могут быть восприняты, зависит от возможностей тела вида. На самом деле люди не входят в число самых слышащих видов в мире.Человеческие уши способны слышать только частоты около 20 кГц (форма измерения частот), в то время как вид, который, как известно, обладает самой высокой способностью слышать, большая восковая моль, может слышать частоты около 300 кГц. Как и в случае со световыми волнами, также важно помнить, что звуковые волны повсюду, несмотря на то, что человеческие уши не способны слышать многие звуки.


Имея в виду, что энергия, такая как звук и свет, существует без того, чтобы люди всегда были способны видеть или слышать, это отличный образ мышления при изучении физики.Понимание скорости света и звука, того, как они движутся и как они работают, является жизненно важным знанием, которое необходимо иметь, когда дело доходит до изучения более сложных предметов в физике, таких как излучение и атомы. Размышление об ограничениях тел видов также приводит ко многим другим захватывающим возможностям для исследования. Эти базовые знания о свете и звуке — первый шаг в построении прочного фундамента в полевой физике.

14.1 Скорость звука, частота и длина волны — Физика

Раздел Цели обучения

К концу этого раздела вы сможете делать следующее:

  • Связь характеристик волн со свойствами звуковых волн
  • Опишите скорость звука и то, как она изменяется в различных средах
  • Свяжите скорость звука с частотой и длиной волны звуковой волны

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Цели обучения в этом разделе помогут вашим учащимся освоить следующие стандарты:

  • (7) Научные концепции. Учащийся знает характеристики и поведение волн. Ожидается, что студент:
    • (А) исследовать и описать колебательное движение и распространение волн в различных типах сред;
    • (Б) исследовать и анализировать характеристики волн, включая скорость, частоту, амплитуду и длину волны, и рассчитывать, используя взаимосвязь между скоростью волны, частотой и длиной волны;
    • (С) сравнивать характеристики и поведение поперечных волн, включая электромагнитные волны и электромагнитный спектр, и характеристики и поведение продольных волн, включая звуковые волны;
    • (Ф) описать роль волновых характеристик и поведения в медицинских и промышленных приложениях.

Кроме того, в Руководстве по физике для средней школы рассматривается содержание этого раздела лабораторной работы под названием «Волны», а также следующие стандарты:

  • (7) Научные концепции. Учащийся знает характеристики и поведение волн. Ожидается, что студент:
    • (Б) исследуйте и анализируйте характеристики волн, включая скорость, частоту, амплитуду и длину волны, и рассчитывайте, используя взаимосвязь между скоростью волны, частотой и длиной волны.

Основные термины раздела

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL] Обзор волн и типов волн — механические и немеханические, поперечные и продольные, импульсные и периодические. Рассмотрите свойства волн — амплитуду, период, частоту, скорость и их взаимосвязь.

Свойства звуковых волн

Звук – это волна. Более конкретно, звук определяется как возмущение материи, которое передается от своего источника наружу.Возмущение – это все, что выходит из состояния равновесия. Некоторые звуковые волны можно охарактеризовать как периодические волны, что означает, что атомы, из которых состоит материя, испытывают простое гармоническое движение.

Вибрирующая струна создает звуковую волну, как показано на рис. 14.2, рис. 14.3 и рис. 14.4. Когда струна колеблется взад и вперед, часть энергии струны идет на сжатие и расширение окружающего воздуха. Это создает немного более высокое и более низкое давление.Области более высокого давления… это сжатия, а области низкого давления – разрежения. Возмущение давления распространяется по воздуху в виде продольных волн с той же частотой, что и струна. Часть энергии теряется в виде тепловой энергии, передаваемой в воздух. Вы можете вспомнить из главы о волнах, что области сжатия и разрежения в продольных волнах (таких как звук) аналогичны гребням и впадинам в поперечных волнах.

Фигура 14.2 Вибрирующая струна, движущаяся вправо, сжимает воздух перед собой и расширяет воздух позади себя.

Фигура 14.3 Когда струна движется влево, она создает еще одно сжатие и разрежение, поскольку частицы справа удаляются от струны.

Фигура 14,4 После многих колебаний происходит серия сжатий и разрежений, которые передаются от струны в виде звуковой волны. График показывает манометрическое давление (манометр P ) в зависимости от расстояния x от источника. Манометрическое давление – это давление относительно атмосферного давления; он положителен для давлений выше атмосферного давления и отрицателен для давлений ниже его.Для обычных, повседневных звуков давление лишь незначительно отличается от среднего атмосферного давления.

Амплитуда звуковой волны уменьшается по мере удаления от ее источника, потому что энергия волны распространяется на все большую и большую площадь. Но часть энергии также поглощается объектами, такими как барабанная перепонка на рис. 14.5, а часть энергии преобразуется в тепловую энергию в воздухе. На рис. 14.4 показан график зависимости манометрического давления от расстояния до вибрирующей колонны. Из этого рисунка видно, что сжатие продольной волны аналогично пику поперечной волны, а разрежение продольной волны аналогично впадине поперечной волны.Подобно тому, как поперечная волна чередует пики и впадины, продольная волна чередует сжатие и разрежение.

Фигура 14,5 Сжатие и разрежение звуковых волн проходят вверх по слуховому проходу и заставляют барабанную перепонку вибрировать. На барабанную перепонку действует результирующая сила, поскольку давление звуковых волн отличается от атмосферного давления за барабанной перепонкой. Сложный механизм преобразует вибрации в нервные импульсы, которые затем интерпретируются мозгом.

Скорость звука

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] Обратите внимание на тот факт, что звук представляет собой механическую волну и требует среды, через которую он передается.

[OL][AL] Спросите учащихся, знают ли они скорость звука, а если нет, попросите их предположить. Спросите их, почему во время бури звук грома слышен гораздо раньше, чем видна молния. Это явление также наблюдается во время фейерверков. В ходе этого обсуждения разработайте представление о том, что скорость звука конечна и измерима и намного медленнее, чем скорость света.

Скорость звука сильно зависит от среды, через которую он проходит. Скорость звука в среде определяется сочетанием жесткости среды (или сжимаемости в газах) и ее плотности. Чем жестче (или менее сжимаема) среда, тем выше скорость звука. Чем больше плотность среды, тем медленнее скорость звука. Скорость звука в воздухе мала, потому что воздух сжимаем. Поскольку жидкости и твердые тела относительно жесткие и их очень трудно сжать, скорость звука в таких средах обычно выше, чем в газах.В таблице 14.1 показана скорость звука в различных средах. Поскольку температура влияет на плотность, скорость звука в некоторой степени зависит от температуры среды, в которой он распространяется, особенно для газов.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Предупреждение о заблуждении

Студенты могут запутаться между жесткостью и плотностью и тем, как они влияют на скорость звука. Скорость звука меньше в более плотных средах. Твердые тела плотнее газов.Однако они также очень жесткие, и, следовательно, звук в твердых телах распространяется быстрее. Подчеркните, что скорость звука всегда зависит от сочетания этих двух свойств любой среды.

Средний v w (м/с)
Газы при 0 °C
Воздух 331
Углекислый газ 259
Кислород 316
Гелий 965
Водород 1290
Жидкости при 20 °C
Этанол 1160
Меркурий 1450
Вода пресная 1480
Морская вода 1540
Ткань человека 1540
Твердые вещества (продольные или объемные)
Вулканизированная резина 54
Полиэтилен 920
Мрамор 3810
Стекло, пирекс 5640
Свинец 1960
Алюминий 5120
Сталь 5960

Стол 14. 1 Скорость звука в различных средах

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL] Обратите внимание, что в таблице скорость звука в очень жестких материалах, таких как стекло, алюминий и сталь … довольно высока, тогда как скорость звука в резине, которая значительно менее жесткая, довольно низкая.

Связь между скоростью звука, частотой и длиной волны звуковой волны

Фигура 14,6 Когда фейерверк взрывается в небе, световая энергия воспринимается раньше звуковой.Звук распространяется медленнее, чем свет. (Доминик Алвес, Flickr)

Звук, как и все волны, распространяется с определенной скоростью в различных средах и обладает свойствами частоты и длины волны. Звук распространяется намного медленнее света — вы можете наблюдать это, наблюдая за фейерверком (см. рис. 14.6), поскольку вспышка взрыва видна раньше, чем слышен его звук.

Зависимость между скоростью звука, его частотой и длиной волны такая же, как и для всех волн:

, где v — скорость звука (в м/с), f — его частота (в герцах), λλ — длина волны (в метрах). Напомним, что длина волны определяется как расстояние между соседними одинаковыми частями волны. Следовательно, длина волны звука — это расстояние между соседними одинаковыми частями звуковой волны. Так же, как расстояние между соседними гребнями в поперечной волне составляет одну длину волны, расстояние между соседними сжатиями в звуковой волне также составляет одну длину волны, как показано на рис. 14.7. Частота звуковой волны такая же, как и у источника. Например, камертон, вибрирующий с определенной частотой, будет производить звуковые волны, колеблющиеся с той же частотой.Частота звука – это количество волн, проходящих через точку в единицу времени.

Фигура 14,7 Звуковая волна исходит от источника, колеблющегося с частотой f , распространяется с частотой v и имеет длину волны λλ.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[BL][OL][AL] В музыкальных инструментах более короткие струны вибрируют быстрее и, следовательно, издают более высокие звуки. Расположение ладов на таких инструментах, как гитары, банджо и мандолины, определяется математически, чтобы дать правильный интервал или изменение высоты тона.Когда струна прижимается к ладовой проволоке, струна эффективно укорачивается, изменяя свою высоту звука. Попросите учащихся поэкспериментировать со струнами разной длины и понаблюдать, как в каждом случае меняется высота звука.

Одним из наиболее важных свойств звука является то, что его скорость почти не зависит от частоты. Если бы это было не так и, например, высокочастотные звуки распространялись быстрее, то чем дальше вы находились от оркестра на футбольном стадионе, тем сильнее отставал бы звук низкочастотных инструментов от высокочастотных.Но музыка всех инструментов доносится с ритмом, не зависящим от расстояния, поэтому все частоты должны распространяться почти с одинаковой скоростью.

Напомним, что v=fλv=fλ, и в данной среде при фиксированных температуре и влажности v постоянно. Следовательно, зависимость между f и λλ обратная: чем выше частота, тем короче длина волны звуковой волны.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Демонстрация учителя

Держите метровую палку горизонтально на столе так, чтобы около 80 см выступало за край стола.Заставьте глюкометр вибрировать, потянув кончик вниз и отпустив его, прижимая глюкометр к рабочему столу. Пока он вибрирует, переместите стик обратно на рабочий стол, укорачивая торчащую часть. Учащиеся увидят, как укорачивается вибрирующая часть измерительной палочки, и услышат, как высота тона или количество вибраций увеличиваются — увеличение частоты.

Скорость звука может изменяться при переходе звука из одной среды в другую. Однако частота обычно остается неизменной, потому что она похожа на возбужденное колебание и поддерживает частоту исходного источника.Если v меняется, а f остается прежним, то длина волны λλ должна измениться. Поскольку v=fλv=fλ, чем выше скорость звука, тем больше его длина волны для данной частоты.

Поддержка учителей

Поддержка учителей

[AL] Попросите учащихся предсказать, что произойдет, если скорость звука в воздухе зависит от частоты.

Виртуальная физика

Звук

Эта симуляция позволяет вам видеть звуковые волны. Отрегулируйте частоту или амплитуду (громкость) и вы сможете увидеть и услышать, как меняется волна.Перемещайте слушателя и слушайте то, что слышит он. Переключитесь на вкладку Two Source Interference или вкладку Interference by Reflection, чтобы поэкспериментировать с интерференцией и отражением.

Советы для успеха

Убедитесь, что аудио включено и установлено на «Слушатель», а не «Динамик», иначе звук не будет меняться при перемещении слушателя.

Исследования PhET: Звук. Эта симуляция позволяет вам видеть звуковые волны. Отрегулируйте частоту или громкость, и вы сможете увидеть и услышать, как меняется волна.Перемещайте слушателя и слушайте то, что слышит он.

На первой вкладке «Прослушивание одного источника» переместите слушателя как можно дальше от динамика, а затем измените частоту звуковой волны. Возможно, вы заметили, что существует задержка между временем, когда вы меняете настройку, и временем, когда вы слышите, что звук становится ниже или выше по высоте. Почему это?

  1. Потому что интенсивность звуковой волны меняется с частотой.

  2. Потому что скорость звуковой волны изменяется при изменении частоты.

  3. Потому что громкость звуковой волны требует времени для регулировки после изменения частоты.

  4. Поскольку для того, чтобы звук достиг слушателя, требуется время, поэтому слушатель воспринимает новую частоту звуковой волны после задержки.

Есть ли разница в величине задержки в зависимости от того, делаете ли вы частоту выше или ниже? Почему?

  1. Да, скорость распространения зависит только от частоты волны.

  2. Да, скорость распространения зависит от длины волны, а длина волны изменяется по мере изменения частоты.

  3. Нет, скорость распространения зависит только от длины волны.

  4. Нет, скорость распространения постоянна в данной среде; изменяется только длина волны при изменении частоты.

Снап Лаборатория

Голос как звуковая волна

В этой лабораторной работе вы будете наблюдать эффекты удара и разговора в лист бумаги, чтобы сравнить и сопоставить различные звуковые волны.

  • лист бумаги
  • лента
  • стол

Инструкции

Процедура

  1. Подвесьте лист бумаги так, чтобы верхний край бумаги был зафиксирован, а нижний край мог двигаться. Например, вы можете приклеить верхний край бумаги к краю стола.
  2. Аккуратно подуйте воздухом к краю нижней части листа и обратите внимание на движение листа.
  3. Говорите тихо, а затем громче, чтобы звуки касались края нижней части бумаги, и обратите внимание на то, как движется лист.
  4. Интерпретируйте результаты.

Проверка захвата

Какое свойство звуковой волны увеличивается, когда вы говорите громче, чем тихо?

  1. амплитуда волны
  2. частота волны
  3. скорость волны
  4. длина волны

Рабочий пример

Каковы длины волн слышимых звуков?

Рассчитайте длину волны звука на крайних точках слышимого диапазона, 20 и 20 000 Гц, в условиях, когда звук распространяется со скоростью 348.7 м/с.

Стратегия

Чтобы найти длину волны по частоте, мы можем использовать v=fλv=fλ .

Решение

(1) Определите известное. Приведены значения для v и f .

(2) Решите зависимость между скоростью, частотой и длиной волны для λλ .

(3) Введите скорость и минимальную частоту, чтобы получить максимальную длину волны.

λmax=348,7 м/с20 Гц=17 м≈20 м (1 знак)λmax=348,7 м/с20 Гц=17 м≈20 м (1 знак.рисунок)

14.3

(4) Введите скорость и максимальную частоту, чтобы получить минимальную длину волны.

λmin=348,7 м/с20 000 Гц=0,017 м≈2 см (1 знаковое число)λmin=348,7 м/с20 000 Гц=0,017 м≈2 см (1 знаковое число)

14,4

Обсуждение

Поскольку произведение f на λλ равно постоянной скорости в неизменных условиях, чем меньше f , тем больше должно быть λλ, и наоборот. Обратите внимание, что вы также можете легко изменить ту же формулу, чтобы найти частоту или скорость.{-3}\,\текст{м}

Ссылки на физику

эхолокация

Фигура 14,8 Летучая мышь использует звуковое эхо, чтобы ориентироваться и ловить добычу. Время возвращения эха прямо пропорционально расстоянию.

Эхолокация — это использование отраженных звуковых волн для обнаружения и идентификации объектов. Он используется такими животными, как летучие мыши, дельфины и киты, а также имитируется людьми в SONAR — звуковой навигации и определении дальности — и в технологии эхолокации.

Летучие мыши, дельфины и киты используют эхолокацию для навигации и поиска пищи в окружающей среде. Они находят объект (или препятствие), издавая звук, а затем воспринимая отраженные звуковые волны. Поскольку скорость звука в воздухе постоянна, время, которое требуется звуку, чтобы добраться до объекта и обратно, дает животному ощущение расстояния между ним и объектом. Это называется в диапазоне . На рис. 14.8 показана летучая мышь, использующая эхолокацию для определения расстояния.

Эхолокационные животные идентифицируют объект, сравнивая относительную интенсивность звуковых волн, возвращающихся к каждому уху, чтобы определить угол, под которым звуковые волны отражаются. Это дает информацию о направлении, размере и форме объекта. Поскольку между двумя ушами животного имеется небольшое расстояние, звук может вернуться к одному из ушей с небольшой задержкой, что также дает информацию о положении объекта. Например, если медведь находится прямо справа от летучей мыши, эхо вернется к левому уху летучей мыши позже, чем к ее правому уху. Однако если медведь находится прямо перед летучей мышью, эхо вернется в оба уха одновременно.Для животного без зрения, такого как летучая мышь, важно знать , где находятся другие животные, а также , что они ; от этого зависит их выживание.

Принципы эхолокации были использованы для разработки множества полезных сенсорных технологий. SONAR используется подводными лодками для обнаружения подводных объектов и измерения глубины воды. В отличие от эхолокации животных, которая опирается только на один передатчик (рот) и два приемника (уши), искусственный гидролокатор использует множество передатчиков и лучей для получения более точных данных об окружающей среде. Радарные технологии используют эхо радиоволн для определения местоположения облаков и штормовых систем при прогнозировании погоды, а также для определения местоположения самолетов для управления воздушным движением. Некоторые новые автомобили используют технологию эхолокации, чтобы обнаруживать препятствия вокруг автомобиля и предупреждать водителя о том, что он может что-то ударить (или даже автоматически припарковаться). Технологии эхолокации и обучающие системы разрабатываются, чтобы помочь слабовидящим людям ориентироваться в своей повседневной среде.

Если хищник находится слева от летучей мыши, как летучая мышь узнает об этом?

  1. Сначала эхо вернется в левое ухо.

  2. Сначала эхо вернется в правое ухо.

Проверьте свое понимание

Поддержка учителей

Поддержка учителей

Используйте эти вопросы, чтобы оценить достижения учащихся в соответствии с целями обучения раздела. Если учащиеся борются с определенной целью, эти вопросы помогут определить, какая именно, и направить учащихся к соответствующему содержанию.

3 .

Что такое разрежение?

  1. Разрежение – это область высокого давления, возникающая в среде при прохождении через нее продольной волны.

  2. Разрежение – это область пониженного давления, возникающая в среде при прохождении через нее продольной волны.

  3. Разрежение – наивысшая точка амплитуды звуковой волны.

  4. Разрежение – самая нижняя точка амплитуды звуковой волны.

4 .

Какое движение испытывают частицы среды при прохождении через нее звуковой волны?

  1. Простое гармоническое движение
  2. Круговое движение
  3. Случайное движение
  4. Поступательное движение
5 .

От чего зависит скорость звука?

  1. Длина волны
  2. Размер среды
  3. Частота волны
  4. Свойства среды
6 .

Какое свойство газа влияет на скорость звука, проходящего через него?

  1. Объем газа
  2. Воспламеняемость газа
  3. Масса газа
  4. Сжимаемость газа

физиков только что подтвердили верхний предел скорости звука во Вселенной

Специальная теория относительности Эйнштейна дала нам предел скорости Вселенной — скорость света в вакууме. Но абсолютную максимальную скорость звука в любой среде было несколько сложнее ограничить.

 

Невозможно измерить скорость звука в каждом существующем материале, но теперь ученым удалось определить верхний предел, основанный на фундаментальных константах, универсальных параметрах, с помощью которых мы понимаем физику Вселенной.

Этот предел скорости, согласно новым расчетам, составляет 36 километров в секунду (22 мили в секунду). Это примерно в два раза больше скорости звука, проходящего через алмаз.

И звук, и свет распространяются как волны, но ведут себя немного по-разному. Видимый свет — это форма электромагнитного излучения, названная так потому, что световые волны состоят из колеблющихся электрических и магнитных полей. Эти поля генерируют самовоспроизводящиеся электромагнитные волны, которые могут распространяться в вакууме, а их максимальная скорость составляет около 300 000 километров в секунду. Путешествие через среду, такую ​​как вода или атмосфера, замедляет ее.

Звук – это механическая волна, возникающая в результате вибрации среды.Когда волна проходит через среду, молекулы этой среды сталкиваются друг с другом, передавая энергию на своем пути.

Следовательно, чем жестче среда – чем труднее ее сжать – тем быстрее распространяется звук. Например, в воде более плотно упакованные частицы, чем в воздухе, и отчасти поэтому киты могут общаться на таких огромных расстояниях в океане.

 

В твердом теле, таком как алмаз, звук может распространяться еще быстрее. Мы используем это свойство для изучения внутренней части Земли, когда звуковые волны от землетрясений проходят через нее.Мы даже можем использовать его, чтобы понять внутреннее строение звезд.

«Звуковые волны в твердых телах уже играют огромную роль во многих научных областях», — сказал материаловед Крис Пикард из Кембриджского университета в Великобритании.

“Например, сейсмологи используют звуковые волны, инициированные землетрясениями глубоко в недрах Земли, чтобы понять природу сейсмических событий и свойства состава Земли. Они также представляют интерес для материаловедов, поскольку звуковые волны связаны с важными упругими свойствами. в том числе способность противостоять стрессу.”

Теперь вы, вероятно, видите проблему ограничения скорости звука. Как учесть все возможные материалы во Вселенной, чтобы определить абсолютный верхний предел скорости звука?

Вот где фундаментальные константы полезны.Для расчета предела скорости звука группа ученых из Лондонского университета королевы Марии, Кембриджского университета в Великобритании и Института физики высоких давлений в России обнаружила, что предел скорости зависит от двух фундаментальных констант .

 

Постоянная тонкой структуры, характеризующая силу электромагнитных взаимодействий между элементарными заряженными частицами; и отношение масс протона к массе электрона, которое представляет собой массу покоя протона, деленную на массу покоя электрона.

«Точно настроенные значения постоянной тонкой структуры и отношения масс протонов к электронам, а также баланс между ними управляют ядерными реакциями, такими как распад протонов и ядерный синтез в звездах, что приводит к созданию основных биохимических элементов. , включая углерод.Этот баланс обеспечивает узкую «обитаемую зону» в космосе, где могут образовываться звезды и планеты и могут возникать поддерживающие жизнь молекулярные структуры», — пишут исследователи в своей статье.

«Мы показываем, что простая комбинация постоянной тонкой структуры и отношение массы протона к массе электрона приводит к другой безразмерной величине, которая имеет неожиданное и специфическое значение для ключевого свойства конденсированных фаз — скорости, с которой волны распространяются в твердых телах и жидкостях, или скорости звука.”

Чтобы подтвердить свое уравнение, команда экспериментально измерила скорость звука в большом количестве элементарных твердых тел и жидкостей и вернула результаты, соответствующие их предсказаниям.

Одно конкретное предсказание теории команды состоит в том, что скорость звука уменьшается с массой атома.Согласно этому предсказанию, звук должен двигаться быстрее всего через твердый атомарный водород, который может существовать только при чрезвычайно высоких давлениях, примерно в 1 миллион раз превышающих земное атмосферное давление на уровне моря (100 гигапаскалей).

Получить образец для экспериментальной проверки этого предсказания было бы чрезвычайно сложно, поэтому команда полагалась на расчеты, основанные на свойствах твердого атомарного водорода в диапазоне от 250 до 1000 гигапаскалей. И они обнаружили, что, опять же, результаты согласуются с их предсказаниями.

Если результаты применения уравнения команды останутся последовательными, оно может оказаться ценным инструментом не только для понимания отдельных материалов, но и для более широкой Вселенной.

«Мы считаем, что результаты этого исследования, — сказал физик Костя Траченко из Лондонского университета королевы Марии, — могут иметь дальнейшее научное применение, помогая нам найти и понять пределы различных свойств, таких как вязкость и теплопроводность, имеющих отношение к высокотемпературным температурная сверхпроводимость, кварк-глюонная плазма и даже физика черных дыр.”

Исследование опубликовано в журнале Science Advances .

 

Физики открыли замечательный новый тип звуковой волны

Генерация звуковых вихрей благодаря спин-орбитальному взаимодействию в реальном пространстве. Авторы и права: Ван, С., Чжан, Г., Ван, X. и др. / Номер DOI: 10.1038/s41467-021-26375-9

Можете ли вы представить, что звук распространяется так же, как и свет? Исследовательская группа из Городского университета Гонконга (CityU) открыла новый тип звуковой волны: звуковая волна в воздухе колеблется поперечно и несет как вращение, так и орбитальный угловой момент, как свет.Полученные данные разрушили прежние представления ученых о звуковой волне, открыв путь к разработке новых приложений в области акустической связи, акустического зондирования и визуализации.

Исследование было инициировано и возглавлено доктором Ван Шубо, доцентом кафедры физики CityU, и проводилось в сотрудничестве с учеными из Гонконгского баптистского университета (HKBU) и Гонконгского университета науки и технологий (HKUST). ). Он был опубликован в Nature Communications под названием «Спин-орбитальные взаимодействия поперечного звука.

За рамками общепринятого понимания звуковой волны

Учебники по физике говорят нам, что есть два вида волн. В поперечных волнах, таких как свет, колебания перпендикулярны направлению распространения волны. В продольных волнах, таких как звук, колебания параллельны направлению распространения волны. Но последнее открытие ученых из CityU меняет это представление о звуковых волнах.

Иллюстрация «метаатома» и поперечного звука.Авторы и права: Ван, С., Чжан, Г., Ван, X. и др. / Номер DOI: 10.1038/s41467-021-26375-9

«Если вы расскажете физику о воздушном поперечном звуке, он/она подумает, что вы дилетант без университетской подготовки по физике, потому что в учебниках говорится, что воздушный звук (т. е. звук, распространяющийся в воздухе) представляет собой продольную волну», — сказал доктор Ван. «Хотя в обычных случаях воздушный звук представляет собой продольную волну, мы впервые продемонстрировали, что при определенных условиях он может быть и поперечной волной.И мы исследовали его спин-орбитальные взаимодействия (важное свойство существует только в поперечных волнах), то есть связь между двумя типами углового момента. Открытие дает новые степени свободы для звуковых манипуляций».

Отсутствие поперечной силы в воздухе или жидкостях является причиной того, что звук является продольной волной, объяснил д-р Ван. Он исследовал, возможно ли реализовать поперечный звук, для которого требуется поперечная сила. Затем он выдвинул идею о том, что синтетическая сдвигающая сила может возникнуть, если воздух разложить на «метаатомы», т.е.е. объемный воздух, заключенный в небольшие резонаторы, размер которых намного меньше длины волны. Коллективное движение этих «метаатомов» воздуха может породить поперечный звук в макроскопическом масштабе.

Концепция и реализация «микрополярного метаматериала»

Он изобретательно разработал тип искусственного материала под названием «микрополярный метаматериал», чтобы реализовать эту идею, которая выглядит как сложная сеть резонаторов. Воздух заключен внутри этих взаимосвязанных резонаторов, образующих «метаатомы».Метаматериал достаточно твердый, поэтому только воздух внутри может вибрировать и поддерживать распространение звука. Теоретические расчеты показали, что коллективное движение этих «метаатомов» воздуха действительно создает поперечную силу, которая порождает поперечный звук со спин-орбитальными взаимодействиями внутри этого метаматериала. Эта теория была подтверждена экспериментами, проведенными группой доктора Ма Гуанцуна в HKBU.

Отрицательное преломление, вызванное спин-орбитальным взаимодействием в импульсном пространстве. Кредит: Ван, С., Zhang, G., Wang, X. et al. / Номер DOI: 10.1038/s41467-021-26375-9

Более того, исследовательская группа обнаружила, что воздух ведет себя как упругий материал внутри микрополярного метаматериала и, таким образом, поддерживает поперечный звук как со вращением, так и с орбитальным угловым моментом. Используя этот метаматериал, они впервые продемонстрировали два типа спин-орбитальных взаимодействий звука. Одним из них является спин-орбитальное взаимодействие импульс-пространство, которое приводит к отрицательному преломлению поперечного звука, а это означает, что звук изгибается в противоположных направлениях при прохождении через границу раздела. Другой — спин-орбитальное взаимодействие в реальном пространстве, порождающее звуковые вихри при возбуждении поперечного звука.

Полученные данные показали, что звук в воздухе или звук в жидкости может быть поперечной волной и нести полные векторные свойства, такие как угловой момент вращения, так же, как и свет. Он предоставляет новые перспективы и функциональные возможности для звуковых манипуляций за пределами обычной скалярной степени свободы.

Доктор Ван Шубо из Городского университета Гонконга (первый справа) и его исследовательская группа.Г-жа Тонг Цин (вторая слева) является соавтором статьи. Предоставлено: Городской университет Гонконга

.

«Это всего лишь прекурсор. Мы ожидаем дальнейших исследований интригующих свойств поперечного звука», — сказал доктор Ван. «В будущем, манипулируя этими дополнительными векторными свойствами, ученые смогут кодировать больше данных в поперечный звук, чтобы преодолеть узкое место традиционной акустической связи с помощью обычных звуковых волн».

Взаимодействие спина с орбитальным угловым моментом позволяет беспрецедентно манипулировать звуком через его угловой момент.«Открытие может открыть путь к разработке новых приложений в области акустической связи, акустического зондирования и визуализации», — добавил он.

Ссылка: «Спин-орбитальные взаимодействия поперечного звука», Шубо Ван, Гуанцин Чжан, Сюлун Ван, Цин Тонг, Дженсен Ли и Гуаньконг Ма, 21 октября 2021 г., Nature Communications .
DOI: 10.1038/s41467-021-26375-9

Д-р Ван является первым автором и автором переписки. Доктор Ма – еще один автор-корреспондент.В число сотрудников входят профессор Ли Дженсен из Гонконгского университета науки и технологий, г-жа Тонг Цин, аспирант из CityU и другие исследователи из HKBU.

Работа выполнена при поддержке Совета по исследовательским грантам в Гонконге и Национального фонда естественных наук Китая.

Скорость звука, частота и длина волны – Колледж физики

Цели обучения

  • Определить шаг.
  • Опишите взаимосвязь между скоростью звука, его частотой и длиной волны.
  • Опишите влияние звука на скорость его распространения в различных средах.
  • Опишите влияние температуры на скорость звука.

При взрыве фейерверка световая энергия воспринимается раньше звуковой. Звук распространяется медленнее, чем свет. (кредит: Доминик Алвес, Flickr)

Звук, как и все волны, распространяется с определенной скоростью и обладает свойствами частоты и длины волны. Вы можете наблюдать прямое свидетельство скорости звука, наблюдая за фейерверком.Вспышка взрыва видна задолго до того, как слышен его звук, что подразумевает как то, что звук распространяется с конечной скоростью, так и то, что он намного медленнее света. Вы также можете непосредственно ощущать частоту звука. Восприятие частоты называется высотой тона. Длина волны звука непосредственно не ощущается, но косвенные свидетельства обнаруживаются в соотношении размеров музыкальных инструментов с их высотой звука. Маленькие инструменты, такие как пикколо, обычно издают высокие звуки, в то время как большие инструменты, такие как туба, обычно издают низкие звуки.Высокий тон означает малую длину волны, а размер музыкального инструмента напрямую связан с длиной волны звука, который он производит. Таким образом, небольшой инструмент создает коротковолновые звуки. Аналогичные аргументы утверждают, что большой инструмент создает длинноволновые звуки.

Зависимость скорости звука, его частоты и длины волны такая же, как и для всех волн:

где скорость звука, его частота, а его длина волны. Длина волны звука — это расстояние между соседними идентичными частями волны, например, между соседними сжатиями, как показано на (рис.).Частота такая же, как и у источника, и представляет собой количество волн, проходящих через точку в единицу времени.

Звуковая волна исходит от источника, вибрирующего на частоте , распространяется на и имеет длину волны .

(рисунок) показывает, что скорость звука сильно различается в разных средах. Скорость звука в среде определяется сочетанием жесткости среды (или сжимаемости в газах) и ее плотности. Чем жестче (или менее сжимаема) среда, тем выше скорость звука.Это наблюдение аналогично тому факту, что частота простого гармонического движения прямо пропорциональна жесткости колеблющегося объекта. Чем больше плотность среды, тем медленнее скорость звука. Это наблюдение аналогично тому факту, что частота простого гармонического движения обратно пропорциональна массе колеблющегося объекта. Скорость звука в воздухе мала, потому что воздух сжимаем. Поскольку жидкости и твердые тела относительно жесткие и их очень трудно сжать, скорость звука в таких средах обычно выше, чем в газах.

Скорость звука в различных средах
Средний v w (м/с)
Газы на
Воздух 331
Углекислый газ 259
Кислород 316
Гелий 965
Водород 1290
Жидкости по
Этанол 1160
Меркурий 1450
Вода пресная 1480
Морская вода 1540
Ткань человека 1540
Твердые вещества (продольные или объемные)
Вулканизированная резина 54
Полиэтилен 920
Мрамор 3810
Стекло, пирекс 5640
Свинец 1960
Алюминий 5120
Сталь 5960

Землетрясения, по существу звуковые волны в земной коре, являются интересным примером того, как скорость звука зависит от жесткости среды. Землетрясения имеют как продольную, так и поперечную составляющую, и они распространяются с разной скоростью. Объемный модуль гранита больше, чем его модуль сдвига. По этой причине скорость продольных волн или волн давления (Р-волн) при землетрясениях в граните значительно выше скорости поперечных или сдвиговых волн (S-волн). Оба компонента землетрясений распространяются медленнее в менее жестком материале, таком как отложения. P-волны имеют скорость от 4 до 7 км/с, а S-волны, соответственно, имеют скорость от 2 до 5 км/с, причем обе они быстрее в более жестком материале.P-волна постепенно опережает S-волну по мере того, как они проходят через земную кору. Время между P- и S-волнами обычно используется для определения расстояния до их источника, эпицентра землетрясения.

На скорость звука влияет температура в данной среде. Для воздуха на уровне моря скорость звука равна

.

, где температура (обозначается как ) в единицах Кельвина. Скорость звука в газах связана со средней скоростью частиц в газе, и что

где – постоянная Больцмана (), а – масса каждой (одинаковой) частицы в газе. Итак, разумно, что скорость звука в воздухе и других газах должна зависеть от квадратного корня из температуры. Хотя это и не пренебрежимо мало, это не сильная зависимость. При , скорость звука составляет 331 м/с, тогда как при ней 343 м/с, увеличение менее чем на 4%. (Рисунок) показывает использование скорости звука летучей мышью для определения расстояния. Эхо также используется в медицинской визуализации.

Летучая мышь использует звуковое эхо, чтобы ориентироваться и ловить добычу. Время возвращения эха прямо пропорционально расстоянию.

Одним из наиболее важных свойств звука является то, что его скорость почти не зависит от частоты. Эта независимость, безусловно, верна на открытом воздухе для звуков в слышимом диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Если бы эта независимость не была истинной, вы бы наверняка заметили ее в музыке, которую играет марширующий оркестр, например, на футбольном стадионе. Предположим, что высокочастотные звуки распространяются быстрее — тогда чем дальше вы находитесь от группы, тем больше звук низкочастотных инструментов будет отставать от высокочастотных. Но музыка всех инструментов доносится с ритмом, не зависящим от расстояния, поэтому все частоты должны распространяться почти с одинаковой скоростью. Напомним, что

В данной среде при фиксированных условиях постоянна, так что существует связь между и ; чем выше частота, тем меньше длина волны. См. (Рисунок) и рассмотрим следующий пример.

Поскольку в данной среде они распространяются с одинаковой скоростью, низкочастотные звуки должны иметь большую длину волны, чем высокочастотные звуки.Здесь низкочастотные звуки излучаются большим динамиком, называемым низкочастотным динамиком, а высокочастотные звуки излучаются маленьким динамиком, называемым твитером.

Скорость звука может изменяться при переходе звука из одной среды в другую. Однако частота обычно остается неизменной, потому что она похожа на возбужденное колебание и имеет частоту исходного источника. Если изменяется и остается прежним, то длина волны должна измениться. Это потому, что чем выше скорость звука, тем больше его длина волны для данной частоты.

Установление связей: домашнее расследование — голос как звуковая волна

Подвесьте лист бумаги так, чтобы верхний край бумаги был зафиксирован, а нижний край мог двигаться. Вы можете приклеить верхний край бумаги к краю стола. Аккуратно подуйте возле края нижней части листа и обратите внимание, как движется лист. Говорите тихо, а затем громче, чтобы звуки касались края нижней части бумаги, и отмечайте, как движется лист. Объясните эффекты.

Проверьте свое понимание

Представьте, что вы наблюдаете, как взрываются два фейерверка.Вы слышите взрыв одного из них, как только видите его. Однако вы видите другой фейерверк за несколько миллисекунд, прежде чем услышите взрыв. Объясните, почему это так.

Звук и свет распространяются с определенной скоростью. Скорость звука меньше скорости света. Первый фейерверк наверняка совсем рядом, так что разницы в скорости не заметно. Второй фейерверк находится дальше, поэтому свет достигает ваших глаз заметно раньше, чем звуковая волна достигает ваших ушей.

Проверьте свое понимание

Вы видите два музыкальных инструмента, которые не можете идентифицировать. Один воспроизводит высокие звуки, а другой — низкие. Как вы могли определить, кто из них кто, не слыша, как играет кто-то из них?

Сравните их размеры. Инструменты с высоким тоном обычно меньше инструментов с низким тоном, потому что они генерируют меньшую длину волны.

Концептуальные вопросы

Чем звуковые колебания атомов отличаются от теплового движения?

При переходе звука из одной среды в другую, где скорость его распространения различна, изменяется ли его частота или длина волны? Кратко поясните свой ответ.

Задачи и упражнения

При ударе копьем оперное сопрано издает вопль частотой 1200 Гц. Какова его длина волны, если скорость звука равна 345 м/с?

Звук какой частоты имеет длину волны 0,10 м, если скорость звука 340 м/с?

Рассчитайте скорость звука в день, когда частота 1500 Гц имеет длину волны 0,221 м.

а) Какова скорость звука в среде, где частота 100 кГц дает длину волны 5,96 см? б) Какое вещество на (рисунке) это может быть?

Докажите, что скорость звука в воздухе равна 343 м/с, как утверждается в тексте.

Температура воздуха в пустыне Сахара может достигать (около ). Какова скорость звука в воздухе при такой температуре?

Дельфины издают звуки в воздухе и в воде. Каково отношение длины волны звука в воздухе к его длине волны в морской воде? Предположим, что температура воздуха .

Эхо-сигнал гидролокатора возвращается к подводной лодке через 1,20 с после излучения. Каково расстояние до объекта, создающего эхо? (Предположим, что подводная лодка находится в океане, а не в пресной воде.)

(a) Если гидролокатор подводной лодки может измерять время отражения с точностью до 0,0100 с, какова наименьшая разница в расстояниях, которую он может обнаружить? (Предположим, что подводная лодка находится в океане, а не в пресной воде. )

(b) Обсудите ограничения, которые это временное разрешение накладывает на способность гидроакустической системы определять размер и форму объекта, создающего эхо.

(а) 7,70 м

(b) Это означает, что гидролокатор хорош для обнаружения и определения местоположения крупных объектов, но он не может различать более мелкие объекты или обнаруживать детализированные формы объектов.Такие объекты, как корабли или большие части самолетов, можно найти с помощью сонара, в то время как более мелкие части нужно искать другими способами.

Физик на фейерверке измеряет задержку между тем, чтобы увидеть взрыв и услышать его звук, и находит, что она составляет 0,400 с. а) На каком расстоянии находится взрыв, если температура воздуха равна и если пренебречь временем, которое требуется свету для достижения физика? б) Рассчитайте расстояние до взрыва, учитывая скорость света. Заметим, что это расстояние пренебрежимо больше.

Предположим, летучая мышь использует звуковое эхо, чтобы определить местонахождение своей добычи-насекомого на расстоянии 3,00 м. (См. (Рисунок).) (a) Рассчитайте время отражения для температур и . (б) Какой процент неопределенности это вызывает у летучей мыши при обнаружении насекомого? (c) Обсудите значение этой неопределенности и может ли она создать трудности для летучей мыши. (На практике летучая мышь продолжает использовать звук по мере приближения, устраняя большинство трудностей, связанных с этим и другими эффектами, такими как движение добычи.)

(а) 18,0 мс, 17,1 мс

(б) 5,00%

(c) Эта неопределенность определенно могла бы создать трудности для летучей мыши, если бы она не продолжала использовать звук, приближаясь к своей добыче. Неопределенность в 5% может быть разницей между ловлей добычи вокруг шеи или вокруг груди, что означает, что он может не схватить свою добычу.

Глоссарий

шаг
восприятие частоты звука

Могут ли волны двигаться быстрее света? – Рестораннорман.ком

Могут ли волны двигаться быстрее света?

Действительно, уже было показано, что групповая скорость света превышает скорость света в вакууме. Основные волны, из которых состоит импульс, остаются на субсветовых скоростях, поэтому никакая информация, материя или энергия на самом деле не распространяются быстрее света.

Почему звуковые волны распространяются медленнее световых?

Свет распространяется быстрее звука даже в воде. Если вы спрашиваете, почему звук в воздухе медленнее, чем в воде, и почему свет в воздухе быстрее, чем в воде, то вот почему: световые волны — это электромагнитные поперечные волны.Они могут путешествовать в вакууме, и любые частицы, с которыми они соприкасаются, замедляют их.

Свет и звук распространяются волнами?

Один из самых важных фактов, которые нужно понять о свете и звуке, заключается в том, что оба они представляют собой формы энергии, которые движутся волнообразно. Хотя обе они представляют собой формы энергии, распространяющиеся в виде волн, между звуковыми волнами и световыми волнами есть существенные различия. Звук и свет распространяются с существенно разными скоростями.

Остаются ли звуковые волны в воздухе?

Звуковые волны остаются на Земле в атмосфере и становятся частью атмосферного движения, то есть движения газов.Это движение существует потому, что температура атмосферы не равна нулю (скажем, 300 К).

Как умирают волны?

Когда эта вибрационная энергия поглощается объектами в космосе, энергия волны начинает уменьшаться, в конечном итоге становится настолько низкой, что результирующий звук становится неслышимым, и звук, наконец, затухает.

Поглощает ли негазированная вода звук?

Когда звук проходит через такую ​​среду, как вода, он поглощается молекулами среды.Они делают это, украв часть энергии звуковой волны. Поглощение в морской воде намного больше, чем можно было бы ожидать из-за вязкости чистой воды.

Что является источником света в глубоком море?

Интересный источник света на самом дне моря обнаружен у гидротермальных источников. Здесь не только светлая, но и богатая жизнь.

Оставить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован.