19270C — Звук. Громкость и высота звука. Отражение звуковой волны на границе двух сред. Инфразвук и ультразвук: ответ и решение

Общее условие

Эффект Доплера для световых волн

На скорость света не влияют ни скорость источника света, ни скорость наблюдателя. Постоянство скорости света в вакууме имеет огромное значение для физики и астрономии. Однако частота и длина световой волны меняются с изменением скорости источника или наблюдателя. Этот факт известен как эффект Доплера.

Предположим, что источник, расположенный в точке О, испускает свет с длиной волны λ₀. Наблюдатели в точках А и В, для которых источник света находится в покое, зафиксируют излучение с длиной волны λ₀ (см. рисунок 1). Если источник света начинает двигаться со скоростью Рисунок из условия ФИПИ , то длина волны меняется. Для наблюдателя А, к которому источник света приближается, длина световой волны уменьшается. Для наблюдателя В, от которого источник света удаляется, длина световой волны увеличивается (см. рисунок 2). Так как в видимой части электромагнитного излучения наименьшим длинам волн соответствует фиолетовый свет, а наибольшим – красный, то говорят, что для приближающегося источника света наблюдается смещение длины волны в фиолетовую сторону спектра, а для удаляющегося источника света – в красную сторону спектра.

Рисунок из условия ФИПИ

Рисунок 1

Рисунок 2

Эффект Доплера нашёл широкое применение, в частности в астрономии, для определения скоростей источников излучения.

Задание №1. Дайте развернутый ответ.

Решение задания OGEPHYS19270C

Ответ: Высота тона понижается.

Рассматриваем неподвижного наблюдателя и воздух в системе отсчёта Земли. Поезд удаляется от наблюдателя, а его источник создаёт колебания с собственной частотой ν₀. Скорость звука в воздухе обозначим v, скорость удаления поезда — u.
Каждый следующий гребень волны испускается дальше от наблюдателя, чем предыдущий. Поэтому расстояние между гребнями, идущими к наблюдателю, становится больше. За период источника T₀ поезд смещается на uT₀, а ранее испущенная волна проходит vT₀. Длина волны позади удаляющегося источника равна
λ = (v + u)T₀.
Частота, воспринимаемая неподвижным наблюдателем:
ν = vλ = vv + uν₀.
При u > 0 множитель перед ν₀ меньше единицы, значит, воспринимаемая частота уменьшается. Высота тона определяется частотой: звук становится ниже.
Проверка: если u = 0, формула даёт ν = ν₀ и изменения тона нет. Удаление может также ослаблять громкость, но в вопросе требуется именно высота тона. Собственная частота сигнала поезда при этом может оставаться прежней. Ответ: высота тона понижается.

Звук. Громкость и высота звука. Отражение звуковой волны на границе двух сред. Инфразвук и ультразвук: схема решения задания OGEPHYS19270C — Обозначения: Исходный рисунок ФИПИ и пояснения к решению.

Помочь улучшить сайт

Напишите пожелание к сайту или решению либо сообщите о найденной неточности в задании OGEPHYS19270C.

Сообщение увидит только команда сайта: на странице оно не публикуется.

КЭС:	3 ЭЛЕКТРОМАГНИТНЫЕ ЯВЛЕНИЯ
Тип ответа:	Развернутый ответ

Задание OGEPHYS19270C: Звук. Громкость и высота звука. Отражение звуковой волны на границе двух сред. Инфразвук и ультразвук

Общее условие

Решение задания OGEPHYS19270C

Помочь улучшить сайт

Комментарии к решению