Номер 3, страница 108 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

3. Почему при удалении оркестра, когда он оказывается за углом дома, через некоторое время слышны только звуки барабана и труб-басов?

Решение

Это явление объясняется физическим свойством волн, которое называется дифракцией. Дифракция — это способность волн огибать препятствия. Эффективность дифракции напрямую зависит от соотношения длины волны $\lambda$ и размера препятствия. Явление проявляется наиболее сильно, когда длина волны соизмерима с размером препятствия или превышает его.

Звуки, издаваемые музыкальными инструментами, представляют собой волны разной частоты $f$ и, соответственно, разной длины. Длина волны связана с частотой и скоростью звука $v$ следующим соотношением: $\lambda = \frac{v}{f}$. Поскольку скорость звука в воздухе (около 340 м/с) в данных условиях можно считать постоянной, из формулы видно, что чем ниже частота звука, тем больше его длина волны.

• Барабаны и трубы-басы издают низкочастотные звуки (низкий тон), которые имеют большую длину волны (от нескольких метров до десятков метров).

• Другие инструменты оркестра, например, флейты или скрипки, издают высокочастотные звуки (высокий тон), которые имеют короткую длину волны (десятки сантиметров).

Когда оркестр заходит за угол дома, сам угол выступает в роли препятствия для звуковых волн.

Длинные звуковые волны от низкочастотных инструментов (барабанов, басовых труб) эффективно огибают это препятствие, так как их длина волны сопоставима с размерами "препятствия" (угла здания). Благодаря сильной дифракции эти звуки хорошо слышны наблюдателю, находящемуся за углом.

Короткие волны от высокочастотных инструментов дифрагируют значительно слабее. Они распространяются более прямолинейно и в большей степени поглощаются или отражаются зданием, не достигая ушей слушателя.

Именно поэтому до слушателя, находящегося за препятствием, доходят преимущественно низкочастотные звуки, в то время как высокочастотные "отсекаются".

Ответ: Это связано с явлением дифракции звуковых волн. Звуки барабана и труб-басов являются низкочастотными и обладают большой длиной волны, что позволяет им эффективно огибать препятствия, такие как угол дома. Высокочастотные звуки от других инструментов имеют короткую длину волны, поэтому они дифрагируют слабо и практически не слышны за препятствием.