|
Въпроси
 1. Какви звукови вълни се разпространяват в газ? А в твърдо тяло?
Отговор.
-
В газовете се разпространяват само надлъжни вълни, а в твърдите тела – и напречни, и надлъжни.
2. Как от формулата за интензитет на звукова вълна следва, че единицата за тази величина е W/m2?
Отговор.
-
По определение интензитетът на звуковата вълна е равен на енергията, пренесена за 1 s през повърхност с площ 1 m2, поставена перпендикулярно на посоката на разпространение на вълната. Единицата за енергия е джаул, а джаул за секунда е единицата за мощност W. Следователно наистина размерността на интензитета на звуковата вълна е W/m2 – ват на квадратен метър.
3. Кои величини характеризират един източник на звук?
Отговор.
-
Основни характеристики на един източник на звук са честотата на излъчваните от него звукови вълни и неговата мощност, т. е. енергията, която в източника се преобразува за единица време в енергия на звуковата вълна.
4. Кое качество на звуковото усещане се описва с величината ниво на интензитета на звука? Как се определя тази величина?
Отговор.
-
С величината ниво на интензитета на звука се описва звуковото усещане за гръмкост. Когато интензитетът на звука нарасне 10 пъти, казваме, че нивото на звука се е увеличило с 1 бел, когато се е увеличил 100 пъти, нивото се е увеличило с 2 бела и т.н.
5. Коя е използваната единица за величината ниво на интензитета на звука? Как се определя тази единица?
Отговор.
-
Нивото на интензитета на звука се измерва с единицата бел. Един бел е нивото на интензитета на звук, чиито интензитет превишава 10 пъти долния праг на чуване.
6. Кое качество на слуховото усещане се определя от честотата на звуковата вълна?
Отговор.
-
Честотата на звуковата вълна определя височината на тона.
7. Кои явления пречат да се получи ясно и чисто възприемане на звук в затворено помещение?
Отговор.
-
На ясното и чисто възприемане на звук в затворено помещение пречат отражението на звуковите вълни от стените, тавана и пода на помещението и интерференцията на вълните.
8. Защо по таваните на някои концертни зали са поставени гипсови решетки?
Отговор.
-
Решетките на таваните на някои концертни зали увеличават поглъщането на звука и по такъв начин намаляват отразените вълни и тяхното влияние.
Задачи
1. Определете честотата на звукова вълна, разпространяваща се във въздух със скорост 340 m/s, ако разстоянието между гребен и дол е 2 m.
Решение.
-
Дадено: u = 340 m/s, l = 2 m.
Търси се:  .
Щом разстоянието между съседни гребен и дол е l, то дължината на вълната е  = 2l и следователно търсената честота е:
  .
2. Звукова вълна с честота 440 Hz поражда звуково усещане за музикалния тон „ла“. Каква е дължината на тази вълна: а) във въздух; б) във вода; в) в желязо? Упътване: Използвайте данни от таблица 1 и 2.
Решение.
-
Дадено: v = 440 Hz; от табл. 1 и 2 uвъзд. = 343 m/s, uвода = 1490 m/s, u1ж. = 5900 m/s, u2ж. = 3200 m/s.
Търси се:  възд.,  вода,  1ж.,  2ж.
За всяка от средите дължината на вълната пресмятаме по формулата  :
3. За време t = 5 s свирката на футболен съдия излъчва звукови вълни с енергия 0,02 J. Какъв е интензитетът на звука на разстояние r = 10 m от съдията, ако вълните се разпространяват равномерно във всички посоки?
Решение.
-
Дадено: t = 5 s, Е = 0,02 J, r = 10 m.
Търси се: I.
Интензитетът на звуковата вълна се определя по формулата  . Тъй като по условие енергията Е се разпределя равномерно върху повърхността  на сферата с радиус r, то:
 .
4. Мощността на излъчената от един източник сферична звукова вълна е 5 W. Определете интензитета на звука на разстояние 10 m от източника.
Решение.
-
Дадено: Р = 5 W, r = 10 m.
Търси се: I.
Да си представим сфера с радиус r, в чиито център е разположен източникът. Звукът е стигнал до сферата в някакъв момент от време и от този момент ще започнем да отчитаме интервал от време t. През този интервал от време източникът извършва работа А = Pt, която увеличава механичната енергия Е на въздуха извън сферата, тъй като звукът продължава да се разпространява. Следователно за интервал от време t през сферата се пренася механична енергия E = Pt.
Тъй като в случая звуковата вълна е сферична, разглежданата сфера е повърхност, перпендикулярна на лъчите, а площта й е . Така за интензитета I получаваме  откъдето  От друга страна, 
Оттук  W/m2.
5. Ехо се нарича звукът, който чуваме след отражението му от преграда (стена на жилищен блок, стръмен планински склон и др.) Намерете минималното разстояние до преградата, за да може да се чуе ехо. (Упътване: Използвайте обстоятелството, че човешкото ухо възприема два звука като отделни, ако интервалът от време, който ги разделя, е не по-малък от 0,1 s. Скоростта на звука е 340 m/s.
Решение.
-
Дадено: u = 340 m/s, t = 0,1 s.
Търси се: s.
Тъй като за време t звукът изминава път 2s, разстоянието до преградата намираме от условието 2s = ut:
 .
6. Колко пъти се изменя дължината на звукова вълна при преминаването и от въздух във вода и от вода във въздух? Скоростта на звука във въздуха е 340 m/s, а във водата – 1500 m/s.
Решение.
-
Дадено: u1 = 340 m/s, u2 = 1500 m/s.
Търси се:  :  .
Тъй като честота на вълната не се променя при преминаване през различни среди, то  и  . Чрез почленно делене на тези равенства получаваме:
 .
Следователно при преминаване от въздух във вода дължината на вълната се увеличава 4,4 пъти, а при обратен преход намалява 4,4 пъти.
7. Ехолот на кораб изпраща вертикално надолу ултразвуков сигнал. Скоростта на ултразвука във вода е u, а отразеният сигнал попада в приемника след време  . Напишете формулата за дълбочината d под кораба.
Решение.
-
Дадено: u,  .
Търси се: d.
За време  ултразвукът изминава два пъти разстоянието от кораба до дъното – веднъж надолу и втори път – нагоре. Тъй като той се движи със скорост u, е изпълнено равенството 2 d = u . От него следва, че дълбочината е:  .
8. Какъв най-малък интервал от време трябва да може да регистрира ехолот, предназначен за измерване на дълбочини от 10 m нагоре? На какъв интервал от време трябва да отговаря най-малкото деление на скалата на уреда, ако дълбочината се измерва с точност до 1 m? Приемете, че скоростта на ултразвука във вода е 1500 m/s. Увеличава ли се или се намалява точността на измерването, ако поради повишаване на температурата на водата скоростта на ултразвука нараства?
Решение.
-
Дадено: H = 10 m, h = 1 m, u = 1500 m/s.
Търси се: t,  .
При минимална дълбочина Н ултразвукът изминава път 2Н, така че от излъчването до регистрирането му изминава интервал време:
Разлика в дълбочините h = 1 m води до разлика между момента на излъчване и момента на приемане на сигнала от 1,3 ms. Ако приемем (както обикновено), че точността на отчитането е равна на половин скално деление, за да измерваме дълбочините с точност от 1 m, най-малкото скално деление трябва да отговаря на интервал време поне  = 2,6 ms.
Щом при повишаване на температурата скоростта на ултразвука нараства, това скъсява интервалите време, които трябва да се измерват, и следователно точността на измерването намалява.
9. Пресметнете интервала от дължините на ултразвуковите вълни, използвани в звуковизията и разпространяващи се: а) във въздуха; б) като надлъжни вълни в желязо. Честотите на ултразвуковите вълни са дадени в текста, а за скоростта им използвайте таблици 1 и 2. Приемете, че температурата на съответната среда е 20 °С.
Решение.
-
Дадено: 1 MHz = 106 Hz < < 10 MHz = 107 Hz, u1 = 343 m/s, u2 = 5900 m/s.
Търси се:  ,  .
Следователно търсеният интервал за въздуха е: 0,343 mm >  > 0,0343 mm.
Следователно търсеният интервал за желязото е: 5,9 mm > > 0,59 mm.
10. Пресметнете интензитета на звука, който чувате през отворен прозорец. Размерите на прозореца са 2 х 2,5 m и за 1 час шумът на уличното движение внася в стаята енергия 2 J. Определете приблизително нивото на интензитета на шума, като използвате данните от фиг. 2.
Решение.
-
Дадено: S = 2 m х 2,5 m = 5 m2 , t = 1 h = 3600 s, E = 2 J.
Търси се: I.
Интензитетът на звука се определя по формулата  :
 .
От фиг. 2. определяме, че нивото на интензитета на звука е приблизително ≈ 80 dB.
|
