ГДЗ по физике, 9 класс, Перышкин, номер 39.3: Отражение звука. Звуковой резонанс

План решения:

Чтобы объяснить принцип работы рупора, нужно рассмотреть два физических явления: направленность распространения звуковых волн и закон сохранения энергии. Мы проанализируем, как форма рупора влияет на геометрию фронта волны и плотность энергии звука.

Вычисление и обоснование:

1. Направленность звука. Звуковые волны от источника (голоса или динамика) обычно распространяются во все стороны сферически. Рупор имеет форму конуса или раструба, который ограничивает угол раскрытия звукового пучка. Вместо того чтобы расходиться в пространстве 4π стерадианах, энергия звука концентрируется в узком секторе. Это позволяет направить основную часть акустической мощности именно туда, куда нужно слушателю.

2. Сохранение энергии и интенсивность. Интенсивность звука I определяется как мощность P, приходящаяся на единицу площади S: I=P/S Если бы звук распространялся сферически, площадь фронта волны росла бы пропорционально квадрату расстояния (S=4πr²), и интенсивность падала бы очень быстро. В рупоре же боковые стенки отражают звуковые волны внутрь канала. Благодаря этому фронт волны остается более плоским или цилиндрическим на большем расстоянии, а эффективная площадь поперечного сечения пучка растет медленнее, чем при свободном распространении. Следовательно, при той же начальной мощности P интенсивность I на большом расстоянии оказывается выше.

Проверка и вывод:

Логика подтверждается опытом: если крикнуть в пустом поле, звук быстро затихает из-за рассеивания энергии во все стороны. Если использовать самодельный рупор из картона, голос слышен дальше и четче. Таким образом, рупор не усиливает источник звука (не добавляет энергии), а лишь перераспределяет имеющуюся энергию в нужном направлении, уменьшая потери на рассеивание.