ГДЗ по физике, 10 класс, Касьянов, номер 54.5: Звуковые волны
Физика; углубленное обучение — Касьянов В.А.
Вера Лапина, преподаватель физики Шпаргача обновлено 12 сентября 2026
Условие
Сравните скорость звука в твёрдом теле, жидкости и газе (соотношение скоростей).
Номер как в учебнике. Условие — полный пересказ редакции: те же пункты, числа и факты, не цитата из книги.
Пошаговое решение
В данном задании требуется сравнить скорости распространения звука в трёх агрегатных состояниях вещества: твёрдом теле, жидкости и газе. Для этого вспомним физическую природу звуковых волн и зависимость их скорости от упругих свойств среды.
Шаг 1. Физические основы распространения звука
Звук — это механическая продольная волна, которая распространяется за счёт взаимодействия частиц среды. Скорость звука v определяется формулой:
v=E/ρгде E — модуль упругости среды (характеризует её жёсткость), а ρ — плотность среды.
Ключевой момент: хотя плотность ρ у твёрдых тел обычно выше, чем у газов, модуль упругости E у твёрдых тел на порядки больше, чем у жидкостей, и ещё больше, чем у газов. Именно доминирование модуля упругости над плотностью определяет итоговую скорость.
Шаг 2. Сравнение сред по упругости
- Твёрдые тела: Частицы связаны сильными межатомными силами и расположены плотно в кристаллической решётке. При смещении одной частицы соседние мгновенно реагируют на это изменение. Модуль Юнга (для продольных волн) очень велик. Поэтому звук распространяется быстрее всего.
- Жидкости: Межмолекулярные связи слабее, чем в твёрдых телах, но сильнее, чем в газах. Жидкости практически несжимаемы, что обеспечивает высокую упругость, однако она ниже, чем у большинства металлов и камней. Скорость звука средняя.
- Газы: Молекулы находятся далеко друг от друга, взаимодействуют только при столкновениях. Газы легко сжимаются, их модуль упругости мал. Передача возмущения происходит медленнее всего.
Шаг 3. Численная оценка и соотношение скоростей
Рассмотрим типичные значения для разных веществ при нормальных условиях:
| Среда | Пример вещества | Скорость звука v, м/с |
|---|---|---|
| Газ | Воздух (20°C) | ≈343 |
| Жидкость | Вода (20°C) | ≈1480 |
| Твёрдое тело | Сталь | ≈5000-6000 |
Вычислим примерные соотношения:
- Отношение скорости в воде к скорости в воздухе: vвода/vвоздух ≈1480/343≈4,3 То есть в воде звук распространяется примерно в 4 раза быстрее, чем в воздухе.
- Отношение скорости в стали к скорости в воздухе: vсталь/vвоздух ≈5000/343≈14,6 То есть в стали звук распространяется примерно в 15 раз быстрее, чем в воздухе.
- Отношение скорости в стали к скорости в воде: vсталь/vвода ≈5000/1480≈3,4 То есть в твёрдом теле звук быстрее, чем в жидкости, примерно в 3-4 раза.
Шаг 4. Итоговый вывод
Общее правило для скорости звука v в зависимости от агрегатного состояния:
vтв >vж >vгСоотношение можно грубо оценить как 1:4:15 для воздуха, воды и стали соответственно. Точные цифры зависят от конкретного вещества, температуры и давления, но порядок величин сохраняется всегда: в твёрдых телах звук самый быстрый, в газах — самый медленный.
Скорость звука максимальна в твёрдых телах, меньше в жидкостях и минимальна в газах.
Соотношение скоростей: vтв >vж >vг.
Например, для воздуха, воды и стали отношение составляет примерно 1:4:15.
В решении использована стандартная формула скорости звука через модуль упругости и плотность. Приведены типичные численные значения для наглядности сравнения. Акцент сделан на том, что высокая упругость твёрдых тел компенсирует их большую плотность по сравнению с газами.
Как решение?
Двойная оценка: понятность и подробность. Можно выбрать одно или оба.
У вас другое условие?
Загрузите фото — учтём ваши числа и редакцию.
Частые вопросы
Это точный номер 54.5 из моего учебника?
Номер совпадает с учебником «Физика; углубленное обучение», Касьянов В.А.. Формулировка — пересказ редакции, не дословная цитата. Если в вашей редакции другие числа — загрузите фото.
Какой ответ в задании 54.5?
Краткий ответ: Скорость звука максимальна в твёрдых телах, меньше в жидкостях и минимальна в газах. Соотношение скоростей: v_ тв > v_ ж > v_г. Например, для воздуха, воды и стали отношение составляет примерно 1 : 4 : 15.
Как пользоваться этим разбором?
Сначала прочитайте условие и чертёж, затем шаги решения по порядку и сверьте свой ход с кратким ответом внизу.
Какой учебник имеется в виду?
«Физика; углубленное обучение», Касьянов В.А.. Проверьте часть, год и автора на обложке. Тема в учебнике: § 54. Звуковые волны.
Можно ли списать ответ без решения?
Лучше сначала решить самостоятельно, а разбор использовать для проверки хода и поиска ошибки.