Accumulator-shop.ru

Аккумулятор Шоп
0 просмотров
Рейтинг статьи
1 звезда2 звезды3 звезды4 звезды5 звезд
Загрузка...

На чем свет стоит

На чем свет стоит?

На прошлой неделе физики Европейского центра по ядерным исследованиям CERN опровергли основное положение теории Эйнштейна, доказав, что скорость света может быть превышена

Адель Калиниченко, Женева

Что такое 60 наносекунд? Миг, который никто из людей не способен даже ощутить. Во всем мире найдется вообще всего три прибора, способных зафиксировать этот временной отрезок. И тем не менее именно эти наносекунды в буквальном смысле перевернули вверх тормашками жизнь физиков всего мира: как оказалось, нейтрино смогли на 60 наносекунд превысить скорость света.

Чтобы получить доступ к этому и другим видеоурокам комплекта, вам нужно добавить его в личный кабинет, приобрев в каталоге.

Получите невероятные возможности

Конспект урока «Звук. Скорость звука»

В данной теме речь пойдёт о звуковых волнах и скорости их распространения.

Окружающий мир наполнен огромным количеством звуков, которые издают люди, птицы и животные, машины и так далее.

Что же такое звук и как он возникает?

Звуковые волны (или звук) — это упругие продольные волны, которые, воздействуя на слуховой аппарат человека, вызывают определённые (слуховые) ощущения.

Различные опыты показывают, что звук возникает только от колеблющихся тел, которые называют источниками звука.

Каким же образом звук достигает уха человека? На этот вопрос ответил в 1660 году английский учёный Роберт Бойль. Он изучал звучание колеблющихся тел, помещённых под колокол воздушного насоса. Так, например, при наличии под колоколом воздуха звук от будильника хорошо слышен.

При откачивании из-под колокола воздуха громкость звука уменьшается, и наконец звук совсем исчезает.

Если впустить воздух под колокол, то вновь будет слышен громкий звук.

Значит, для распространения звука от колеблющегося тела необходима среда. А, следовательно, в вакууме звуковые волны распространяться не могут.

Известно, что звуки слышны и в воде, через стекло, стены и так далее. Дело в том, что в окружающем мире: в воздухе, воде, зданиях и так далее — непрерывно распространяются разнообразные колебания от различных источников.

Но человеческое ухо слышит звук, когда на слуховой аппарат уха действуют только акустические колебания, то есть механические колебания с частотой не ниже 16 Гц, но не выше 20 кГц. А колебания других частот ощущаются нами в основном как вибрация, толчки, удары и тому подобное.

Неслышимые механические колебания с частотами ниже звукового диапазона часто называют инфразвуковыми. А с частотами выше звукового диапазона — ультразвуковыми.

Частота и период звуковой волны определяются источником звука, то есть акустическим или звуковым вибратором.

Скорость звуковых волн, как и всех механических волн, зависит от упругих свойств среды и её плотности. Так, например, в воздухе при нормальных условиях скорость звука составляет около 331 м/с, в воде — 1497 м/с, а в граните около 5400 м/с.

Длину звуковой волны можно вычислить как и для всех механических волн, по формуле:

где Т — это период колебаний источника звука.

Так же для сравнения звуков используют различные слова. Например, различают музыкальные звуки (пение, свист и звучание струн) и шумы — всевозможные трески, стуки, скрипы.

При сравнении голосов говорят о «басе», «теноре» или «альте».

Рассмотрим более подробно музыкальны звуки. Они являются более простыми, чем шумы. Это видно хотя бы из того, что комбинация многих музыкальных звуков может дать ощущение шума. Но никакая комбинация шумов не может дать музыкальный звук.

Звук, который слышит человек тогда, когда источник его совершает гармонические колебания, называется музыкальным тоном или, коротко, тоном.

Хорошее представление о музыкальном тоне даёт звук камертона, который сделан так, что создаёт, практически, звук одной частоты, или один музыкальный тон.

Так как большинство звучащих тел создают целый набор звуковых частот, то для описания создаваемых ими звуков принято использовать целый ряд терминов.

Читайте так же:
Провод ютп кабель связи

Основным тоном называется звук наименьшей частоты, издаваемый звучащим телом. Обертонами называются звуки более высоких частот, чем основной тон, их частоты являются кратными частоте основного тона.

Основной тон голоса человека определяется голосовыми связками: чем они тоньше и короче, тем больше частота колебаний и выше голос. Но неповторимость и красоту голоса создают обертоны, которые возникают при колебаниях не только связок, но и губ, языка.

Во всяком музыкальном тоне можно различить на слух два качества — это громкость и высоту.

Громкость звука зависит от энергии колебаний звуковой волны и особенностей слухового аппарата человека. Самые тихие звуки, воспринимаемые человеком, вызывают колебания барабанной перепонки с энергией

10 –16 Дж. Самые громкие звуки (ещё без болевых ощущений), например, недалеко от взлетающего реактивного самолёта, соответствуют энергии колебаний

Кажется, что энергия в 1 мДж очень маленькая. Но для маленькой и тонкой барабанной перепонки превышение этой энергии может привести к её разрыву.

Высота тона — это качество звука, определяемое человеком также субъективно на слух и зависящее от частоты звука.

Объективной физической характеристикой звуковой волны, определяющей её громкость, является интенсивность. Интенсивностью звука называется физическая величина, равная энергии, переносимой звуковой волной за единицу времени через единицу площади поверхности, расположенной перпендикулярно к направлению распространения волны.

Для интенсивности нет специальной единицы измерения, и она измеряется в ваттах на квадратный метр.

Если колебания источника звука не являются гармоническими, то на слух звук имеет ещё одно качество, а именно — специфический оттенок, называемый тембром.

Тембр определяет неповторимость звуков человеческих голосов и различных музыкальных инструментов. По различному тембру можно легко распознать звук голоса, свист, звучание струны гитары даже если бы все эти звуки имели одну и туже высоту и громкость.

Ранее говорилось, что слуховой аппарат человека и обрабатывающие звуковую информацию системы коры головного мозга способны распознавать лишь звуки в определённых интервалах громкости и частоты. Если в окружающем человека пространстве находится очень большое количество шумовых звуков или звуков большой громкости, то говорят об акустическом загрязнении пространства.

Например, если в классе звучат два голоса: учитель задаёт вопросы, а ученик отвечает, то слуховая система всех остальных учеников способна воспринимать, а мозг способен обрабатывать и запоминать информацию, переносимую звуковыми волнами от говорящих. После звонка, на перемене, начинают говорить одновременно практически все находящиеся в классе ученики. В этих условиях услышать, что говорит даже стоящий рядом человек, очень трудно.

Так как скорость звука зависит от упругих свойств среды и её плотности, то при переходе из одной среды в другую скорость звука скачком изменяется. Поэтому для звуковых волн на границе двух сред могут наблюдаться явления отражения и преломления.

Если отражённая звуковая волна возвратилась к источнику звука, то её называют эхом. В окружающем мире эхо наблюдается при отражении от скал, стен зданий и так далее.

В закрытом большом помещении, например, в театре, может происходить многократное отражение звуковых волн от стен и потолка, поэтому в момент прекращения действия источника звук не сразу исчезает.

Реверберацией (или послезвучанием) называется увеличение продолжительности звука из-за его отражения от окружающих предметов.

Эхо может быть использовано для звуколокации, то есть оценки расстояний до отражающих звуковые волны предметов. Например, можно измерить промежуток времени между моментами испускания звука и моментом его возвращения к источнику после отражения. В результате можно рассчитать расстояние до места отражения звуковой волны.

На практике для звуколокации (эхолокации) лучше использовать неслышимые человеком ультразвуки. Например, для определения глубины водоёмов, поиска косяков рыбы и тому подобного, используются эхолоты — приборы, излучающие ультразвуковые волны и принимающие их после отражения.

В живой природе дельфины и летучие мыши используют ультразвуки для ориентации в пространстве и при ловле добычи.

Читайте так же:
Как запитать освещение от розетки

Звуколокаторы позволяют находить различные повреждения в изделиях.

Так же ультразвуковое исследование (УЗИ) используется, например, для изучения анатомии и мониторинга внутриутробного развития плода.

Если частота звуковой волны совпадает с собственной частотой колебаний какой-либо колебательной системы, то наблюдается акустический, или звуковой резонанс. Например, обычный камертон издаёт достаточно тихий звук, и поэтому его устанавливают на деревянном ящике (резонаторе) с собственной частотой колебаний, равной частоте камертона.

Резонаторами являются корпуса (их ещё называют деками) большинства музыкальных инструментов, а также полости рта и носа человека.

Основные выводы:

Вспомнили, что называют звуком. Рассмотрели условия возникновения и распространения звуковых волн. Вспомнили от чего зависит скорость звуковых волн. Повторили некоторые характеристики звука. А также рассмотрели наиболее часто встречающиеся в повседневной жизни звуковые явления.

Скорость звука в космосе отличается от скорости звука на Земле?

Антон Захаров

Ни да, ни нет. Дело в том, что звука в космосе просто нет. Звук – это вибрации молекул, которые передаются на расстояние. Это значит, что звук может распространяться только в том случае, если есть молекулы, которые будут передавать свои вибрации.

Скорость звука в разных средах разная. В воздухе эта скорость относительно маленькая (

340 м/с). Сейчас многие самолеты могут летать намного быстрее. В воде скорость звука в несколько раз больше (

1500 м/с), чем в воздухе, а в твердых телах она становится совсем большой (в железе

5000 м/с). Это связано с тем, что твердые тела (железо) обычно плотнее, чем жидкие (вода) и газообразные (воздух), а значит молекулы там расположены ближе друг к другу, и передавать вибрации им проще.
Космос – это очень пустое пространство. Молекул, летающих там, очень мало. Поэтому вероятность того, что они встретятся и передадут свои вибрации, очень маленькая. Поэтому в космосе звук не распространяется. Ну или если очень хочется, то распространяется, но практически с нулевой скоростью.

Почему у пожилых людей седеют волосы?

Никто точно не знает. Причем ученые пока не могут однозначно ответить ни на вопрос, зачем это нужно, ни как это происходит. Но некоторые идеи на этот счет есть. Начнем с того, как.Есть две основных версии того, как люди седеют. Обе они сходятся в том, что это происходит, когда в клетках, из которых вырастают волосы, перестают производиться белки-пигменты, которые придают волосам цвет. Согласно первой версии это происходит просто из-за старения этих клеток. Со временем в ДНК любых клеток могут накапливаются ошибки, и они перестают работать нормально. В случае клетками, которые отвечают за рост волос, это приводит к тому, что они теряют возможность нормально производить пигменты.

Читайте также

I. Почему нельзя определить, с какой скоростью плывет корабль в тумане?

I. Почему нельзя определить, с какой скоростью плывет корабль в тумане? Ни в одном эксперименте не была получена частица, которая двигалась бы со скоростью больше скорости света[7].Позвольте представить вам Рыжего по прозвищу Error! Bookmark not defined, бродячего физика, отвергнутого

II. С какой скоростью летит луч света, если бежишь рядом с ним?

II. С какой скоростью летит луч света, если бежишь рядом с ним? Когда Эйнштейн в 1905 году обнародовал принципы специальной теории относительности, он сделал два простых предположения.1. Как и Галилей, он предположил, что если двигаться равномерно и прямолинейно, можно

III. Если летишь в звездолете со скоростью, близкой к скорости света, какие ужасы ждут тебя по возвращении?

III. Если летишь в звездолете со скоростью, близкой к скорости света, какие ужасы ждут тебя по возвращении? Казалось бы, это пустое любопытство, однако ученые нашли способ провести интересные исследования на основе этого феномена. В качестве примера грандиозных открытий,

Читайте так же:
Снятие выключателя света заднего хода

9. Движение Луны

9. Движение Луны Луна обращается вокруг Земли с периодом в 27 дней 7 часов 43 минуты и 11,5 секунды. Этот период называется звездным, или сидерическим, месяцем. Точно с таким же периодом обращается Луна и вокруг собственной оси. Поэтому понятно, что к нам постоянно обращена

Движение относительно

Движение относительно Закон инерции приводит нас к выводу о множественности инерциальных систем.Не одна, а множество систем отсчета исключают «беспричинные» движения.Если одна такая система найдена, то сразу же найдется и другая, движущаяся поступательно (без

Движение по окружности

Движение по окружности Если точка движется по окружности, то движение является ускоренным, уже хотя бы потому, что в каждый момент времени скорость меняет свое направление. По величине скорость может оставаться неизменной, и мы остановим внимание именно на подобном

Реактивное движение

Реактивное движение Человек движется, отталкиваясь от земли; лодка плывет потому, что гребцы отталкиваются веслами от воды; теплоход также отталкивается от воды, только не веслами, а винтами. Также отталкиваются от земли и поезд, идущий по рельсам, и автомашина, –

VI. Движение твердых тел

VI. Движение твердых тел Момент силы Попробуйте рукой привести во вращение тяжелое маховое колесо. Тяните за спицу. Вам будет тяжело, если вы ухватитесь рукой слишком близко к оси. Переместите руку к ободу, и дело пойдет легче.Что же изменилось? Ведь сила в обоих случаях

Движение по кругу

Движение по кругу Раскройте зонтик, уприте его концом в пол, закружите и бросьте внутрь мячик, скомканную бумагу, носовой платок – вообще что-нибудь легкое и неломкое. Произойдет нечто для вас неожиданное. Зонтик словно не пожелает принять подарка: мяч или бумажный ком

I. Почему нельзя определить, с какой скоростью плывет корабль в тумане?

I. Почему нельзя определить, с какой скоростью плывет корабль в тумане? Ни в одном эксперименте не была получена частица, которая двигалась бы со скоростью больше скорости света[7].Позвольте представить вам Рыжего по прозвищу Ржавый, бродячего физика, отвергнутого

II. С какой скоростью летит луч света, если бежишь рядом с ним?

II. С какой скоростью летит луч света, если бежишь рядом с ним? Когда Эйнштейн в 1905 году обнародовал принципы специальной теории относительности, он сделал два простых предположения.1. Как и Галилей, он предположил, что если двигаться равномерно и прямолинейно, можно

III. Если летишь в звездолете со скоростью, близкой к скорости света, какие ужасы ждут тебя по возвращении?

III. Если летишь в звездолете со скоростью, близкой к скорости света, какие ужасы ждут тебя по возвращении? Казалось бы, это пустое любопытство, однако ученые нашли способ провести интересные исследования на основе этого феномена. В качестве примера грандиозных открытий,

С какой скоростью двигается электрон?

Когда мы говорим об элементарных частицах, в голову сразу же приходят световые скорости и мгновенная передача данных. Но поверите ли вы, что электрон на самом деле движется даже медленнее, чем обычная улитка? Попробуем устроить небольшое соревнование и наглядно доказать, что улитка сможет опередить электрон.

Итак, проведем сравнение конкурентов.

Улитка – это брюхоногое, обитающее в лесах, парках, лугах и близ водоемов. Питается дикими и культурными растениями. Носит на спине красивую раковину, в которой пережидает зиму.

Электрон – это отрицательно заряженная элементарная частица, «обитающая» в атомах всех химических элементов. Электроны любят «питаться» электрическим полем, под воздействием которого начинают упорядоченно двигаться в определенную сторону, создавая электрический ток и активируя подключенные к розетке телефоны.

Казалось бы, какое может быть сравнение скоростей между улиткой, ползущей по земле, и электронами, двигающимися в проводе? Ведь скорость улитки составляет не больше 3 м/ч, а Но всё-таки у улитки существует возможность опередить электрон в скорости, и произойдет это в тот момент, пока элементарная частица движется в проводнике.

Читайте так же:
Двухклавишный выключатель со светодиодом схема подключения

На первый взгляд, кажется, что электроны двигаются в проводе с огромной скоростью — ведь когда мы нажимаем на выключатель, лампочка в комнате загорается мгновенно. Но на самом деле это не электроны бегут по проводу со световой скоростью, а электрическое поле (то самое, которым «питаются» электроны) распространяется по всему проводнику со скоростью света, заставляя электроны упорядоченно двигаться в одну сторону одновременно по всей длине провода.

А скорость движения самих электронов не такая уж и большая. Её можно вычислить по следующей формуле:

I – сила тока;
n – количество электронов на кубический метр;
A – сечение провода;
V – скорость течения электрона;
Q – заряд электрона;

Например, сила тока равна 1 Ампер, количество электронов в медном проводе составляет 8.5 × 10 28 на м 3 , заряд электрона равняется 1.6 × 10 -19 , сечение провода возьмем 0,8 мм 2 .

Чтобы найти V, нам необходимо будет I поделить на n·A· Q. Произведя вычисления, мы получим результат, равный 1,4×10 -4 м/с. Это значит, что за одну секунду электрон проходит примерно одну седьмую часть миллиметра. Получается, час электрон сможет преодолеть расстояние, приблизительно равное 0,5 метра. Улитка же в это время, как мы помним, успеет преодолеть целых 3 метра.

Получается, электрон останется далеко позади, и заслуженную победу одержит улитка.

Иллюстрация: depositphotos|siloto

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Определение и формула длины волн

Волна — это возмущение, распространяющееся от точки, в которой она возникла, в окружающую среду. Такое возмущение переносит энергию без чистого переноса вещества.

Механические волны

Длина представляет собой фактическое расстояние, пройденное волной, которое не всегда совпадает с расстоянием среды, или частиц, в которых распространяется волна. Ее также определяют как пространственный период волнового процесса.

Греческая буква «λ» (лямбда) в физике используется для обозначения длины в уравнениях. Она обратно пропорциональна частоте волны.

Длина волны

Период Т — время завершения полного колебания, единица измерения секунды (с).

Длинная волна соответствует низкой частоте, а короткая — высокой. Длина измеряется в метрах. Количество волн, излучаемых в каждую секунду, называется частотой и обратно пропорционально периоду.

702

У различных длин разная скорость распространения. Например, скорость света в воде равна 3/4 от скорости в вакууме.

Пространственный период волны — это расстояние, которое точка с постоянной фазой «пролетает» за интервал времени, соответствующий периоду колебаний.

Частота волны

Частота f — количество полных колебаний в единицу времени. Измеряется в Герцах (Гц).

При одном полном колебании в секунду f = 1 Гц; при 1000 колебаний в секунду f = 1 килогерц (кГц); 1 млн. колебаний в секунду f = 1 мегагерц (1 МГц).

Зная, что скорость света в вакууме с — 300 000 км/с, или 300 000 000 м/с, то для перевода длины волны в частоту нужно 3 х 10 8 м/с поделить на длину в метрах.

Единицы измерения длины волны λ — нанометры и ангстремы, где нанометр является миллиардной частью метра (1 м = 109 нм) и ангстрем является десятимиллиардной частью метра (1 м = 1010 А), то есть нанометр эквивалентен 10 ангстрем (1 нм = 10 А).

Оптический спектр

Свет, который исходит от Солнца, является электромагнитным излучением, которое движется со скоростью 300 000 км/с, но длина не одинакова для любого фотона, а колеблется между 400 нм и 700 нм. Длина световой волны влияет на цвет.

Белый свет разлагается на спектр различных цветных полос, каждая из которых определяется своей длиной волны. Таким образом, светом с наименьшей длиной является фиолетовый, который составляет около 400 нм, а светом с наибольшей длиной — красный, который составляет около 700 нм.

Таблица показывает длину волны в зависимости от цвета:

Читайте так же:
Как светодиод пропускает ток

Длина и цвет волны

Излучения с длиной меньше фиолетового называются ультрафиолетовым излучением, рентгеновским и гамма-лучами в порядке уменьшения. Излучения больше красного называются инфракрасными, микроволнами и радиоволнами, в порядке возрастания.

Предельная дальность связи зависит от длины. Размеры антенны часто превышают рабочую длину радиоэлектронного средства.

Рисунок показывает длину волн и частоту (нм), исходящих от различных источников:

Длина волн

Скорость звука в воде [ править | править код ]

В чистой воде скорость звука составляет около 1500 м/с (см. опыт Колладона — Штурма) и увеличивается с ростом температуры. Прикладное значение имеет также скорость звука в солёной воде океана. Скорость звука увеличивается с увеличением солёности и температуры. При увеличении давления скорость также возрастает, то есть, увеличивается с глубиной. Предложено несколько различных эмпирических формул для вычисления скорости распространения звука в воде.

Например, формула Вильсона 1960 года для нулевой глубины даёт следующее значение скорости звука:

Иногда также пользуются упрощённой формулой Лероя:

При температуре +24 °C , солёности 35 промилле и нулевой глубине скорость звука равна около 1532,3 м/c . При T = + 4  °C , глубине 100 м и той же солёности скорость звука равна 1468,5 м/с [10] .

Коэффициенты формулы ЮНЕСКО

КоэффициентЗначениеКоэффициентЗначение
C 00 >1402,388A 02 >7,166·10 −5
C 01 >5,03830A 03 >2,008·10 −6
C 02 >-5,81090·10 −2A 04 >-3,21·10 −8
C 03 >3,3432·10 −4A 10 >9,4742·10 −5
C 04 >-1,47797·10 −6A 11 >-1,2583·10 −5
C 05 >3,1419·10 −9A 12 >-6,4928·10 −8
C 10 >0,153563A 13 >1,0515·10 −8
C 11 >6,8999·10 −4A 14 >-2,0142·10 −10
C 12 >-8,1829·10 −6A 20 >-3,9064·10 −7
C 13 >1,3632·10 −7A 21 >9,1061·10 −9
C 14 >-6,1260·10 −10A 22 >-1,6009·10 −10
C 20 >3,1260·10 −5A 23 >7,994·10 −12
C 21 >-1,7111·10 −6A 30 >1,100·10 −10
C 22 >2,5986·10 −8A 31 >6,651·10 −12
C 23 >-2,5353·10 −10A 32 >-3,391·10 −13
C 24 >1,0415·10 −12B 00 >-1,922·10 −2
C 30 >-9,7729·10 −9B 01 >-4,42·10 −5
C 31 >3,8513·10 −10B 10 >7,3637·10 −5
C 32 >-2,3654·10 −12B 11 >1,7950·10 −7
A 00 >1,389D 00 >1,727·10 −3
A 01 >-1,262·10 −2D 10 >-7,9836·10 −6

Международная стандартная формула, применяемая для определения скорости звука в морской воде известна как формула ЮНЕСКО и описана в работе [11] . Она более сложная, чем простые формулы, приведённые выше, и вместо глубины в неё входит давление как параметр. Оригинальный алгоритм ЮНЕСКО для расчётов по формуле описан в работе N. P. Fofonoff и R. C. Millard [12] .

В 1995 году коэффициенты, применяемые в данной формуле были уточнены [13] после принятия международной температурной шкалы 1990 года. Конечная форма формулы ЮНЕСКО имеет следующий вид, входящие в формулу постоянные коэффициенты согласно [13] приведены в таблице:

В библиотеке приводится исходный код алгоритма ЮНЕСКО на языке C#.

голоса
Рейтинг статьи
Ссылка на основную публикацию
Adblock
detector