Как распространяется звук в воздухе?

Поверхностная волна

Электромагнитная волна

От какой физической величины прежде всего зависит громкость звука?

От амплитуды колебаний

От частоты колебаний

От чего зависит высота тона звука (низкий или высокий)?

От температуры среды

От скорости звука

В какой из перечисленных сред звук распространяется с наибольшей скоростью?

Сталь (твёрдое тело)

egp-4.2· Глава 4: Колебания и волны· ~13 мин

Механические волны и звук

Длина волны, поперечные и продольные волны, скорость звука и его свойства, эхо, резонанс

Механическая волна — это распространение колебания в материальной среде; волна переносит энергию, однако частицы среды лишь колеблются вокруг положения равновесия. Длина волны $\lambda$ — расстояние, которое волна проходит за один период: $\lambda = v \cdot T = v/\nu$ . В поперечной волне частицы колеблются перпендикулярно направлению распространения (например, волны на верёвке), в продольной — параллельно (звук в воздухе — продольная волна). Звук распространяется в воздухе примерно со скоростью 340 м/с, в воде и твёрдых телах — быстрее. Основные свойства звука: громкость (зависит от амплитуды), высота тона (зависит от частоты) и тембр (определяется составом гармоник). Эхо — возврат звука после отражения от препятствия; резонанс — резкое возрастание амплитуды, когда частота внешнего воздействия равна собственной частоте системы.

📌Пример

Например: длина волны звука с частотой $\nu = 170$ Гц в воздухе ( $v = 340$ м/с): $\lambda = v/\nu = 340/170 = 2$ м.

Ключевые термины

Механическая волна — Распространение колебания в материальной среде; волна переносит энергию, однако частицы лишь колеблются вокруг положения равновесия.

Длина волны (

\lambda

) — Расстояние, которое волна проходит за один период; расстояние между двумя соседними гребнями. Единица: метр (м).

Поперечная волна — Волна, в которой частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения (например, волны на верёвке).

Продольная волна — Волна, в которой частицы среды колеблются параллельно направлению распространения; звук в воздухе — продольная волна.

Эхо — Возврат звука после отражения от препятствия; для пути туда и обратно:

2s = v \cdot t

Резонанс — Явление резкого возрастания амплитуды, когда частота внешнего воздействия равна собственной частоте системы.

Величины волны и формулы

Величина	Обозначение	Формула	Единица
Длина волны	$\lambda$	$\lambda = v \cdot T = v/\nu$	м
Скорость волны	$v$	$v = \lambda \cdot \nu = \lambda/T$	м/с
Частота	$\nu$	$\nu = 1/T$	Гц
Период	$T$	$T = 1/\nu$	с
Расстояние до эха	$s$	$s = v \cdot t/2$	м

Основные соотношения в задачах на механические волны и звук.

Свойства звука и их зависимость

Свойство	От чего зависит
Громкость	Амплитуда
Высота тона	Частота
Тембр	Гармоники
Инфразвук	Частота $< 20$ Гц
Ультразвук	Частота $> 20000$ Гц

Основные свойства звука и диапазон слышимости человека (20–20000 Гц).

✎Длина волны по частоте

1Дано: $v = 340$ м/с, $\nu = 170$ Гц
2Формула: $\lambda = v/\nu$
3Вычисление: $\lambda = 340/170 = 2$ м
4Ответ: $\lambda = 2$ м

✎Нахождение расстояния по эху

1Дано: $v = 340$ м/с, $t = 2$ с (туда и обратно)
2Формула: $s = v \cdot t/2$
3Вычисление: $s = 340 \cdot 2/2 = 340$ м
4Ответ: Расстояние $= 340$ м

🚫Частая ошибка

Не вычисляйте длину волны умножением $\lambda = v \cdot \nu$ ; правильная формула $\lambda = v/\nu$ . Например, при $v = 8$ , $\nu = 2$ : $\lambda = 8/2 = 4$ м, а не 16 м.

⚠️Внимание

В задачах на эхо звук проходит путь до препятствия и обратно: полный путь $2s = v \cdot t$ . Расстояние до препятствия — половина этого пути; иначе ответ будет в 2 раза больше.

⚠️Внимание

При переходе волны из одной среды в другую частота не изменяется, а скорость и длина волны — изменяются. Так как $\lambda = v/\nu$ , во сколько раз возрастёт скорость, во столько же раз возрастёт и $\lambda$ .

💡Заметка

Скорость звука растёт с плотностью среды: воздух ( $\approx 340$ м/с) $<$ вода $<$ твёрдое тело (сталь). В вакууме механические волны, в том числе звук, не распространяются.

Правила

1Длина волны: $\lambda = v \cdot T = v/\nu$ .
2Скорость волны: $v = \lambda \cdot \nu = \lambda/T$ .
3Частота и период: $\nu = 1/T$ .
4Эхо: расстояние туда и обратно $2s = v \cdot t$ , следовательно $s = v \cdot t/2$ .
5Резонанс: амплитуда максимальна, когда частота внешнего воздействия равна собственной частоте системы.

Тренировка

15 лёгких · 15 средних · 15 сложных

В каждом тесте — 10 случайных вопросов

Лёгкий Средний Сложный Микс