Global EE

Механика — Задание 18 ОГЭ по физике №00018535

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

Механика

№2. Задание 18

ID: 00018535

Какова форма линии, вдоль которой будет распространяться звуковой луч, испущенный по горизонтали из излучателя (И), помещённого на глубине $300$ м? Ответ поясните.

Акустика в океане

Для изучения состояния Мирового океана используют разнообразные приборы и методы. Наиболее эффективный инструмент для «просвечивания» глубин океана даёт акустика — только звуковые волны могут распространяться в воде на значительные расстояния.

Скорость звука в морской воде меняется с изменением температуры, солёности и гидростатического давления. При погружении с поверхности примерно до глубины $300$ м скорость звука уменьшается из-за падения температуры. При дальнейшем погружении температура меняется мало, но существенно растёт гидростатическое давление, и это приводит к возрастанию скорости звука. В результате формируется сложная зависимость скорости звука от глубины (см. рисунок). Как видно из графика, минимум скорости звука соответствует глубине $300$ м: выше и ниже этого уровня скорость звука больше.

Ответ на вопрос о ходе лучей можно найти с помощью оптической аналогии. Из закона преломления света следует, что в среде с изменяющимся показателем преломления световой луч искривляется. Точно так же искривляются и «звуковые лучи» в неоднородной среде, где скорость звука меняется. Звуковые лучи снова и снова возвращаются к горизонтальному уровню, который соответствует минимуму скорости звука (см. рисунок).

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

Источник: ФИПИ

Решение

В тексте объясняется, почему звуковые лучи в океане искривляются: скорость звука на разных глубинах разная, и луч, как световой луч в неоднородной среде, плавно поворачивает. При этом лучи раз за разом возвращаются к тому уровню, где скорость звука наименьшая.

Найдём этот уровень. По тексту (и по графику на рис. 1) скорость звука минимальна на глубине $300$ м: выше она больше из-за более тёплой воды, ниже — из-за большего давления.

Теперь наш луч. Излучатель стоит как раз на глубине $300$ м, и луч испущен горизонтально, то есть идёт вдоль слоя с минимальной скоростью звука. Чтобы луч повернул, он должен переходить из слоя с одной скоростью звука в слой с другой. Но горизонтальный луч всё время остаётся на одной и той же глубине, где скорость звука одна и та же. Сверху и снизу от него условия одинаковые — и там, и там скорость звука больше, — так что поворачивать лучу некуда.

Поэтому луч не искривляется и распространяется по прямой — горизонтально, вдоль уровня $300$ м.

Для сравнения: луч, пущенный из той же точки под углом вверх или вниз, уходит с этого уровня, попадает в слои с большей скоростью звука и загибается обратно. Так получаются волнистые линии на рис. 2.

Ответ

Прямая (горизонтальная). Луч распространяется вдоль уровня минимума скорости звука ($300$ м), где скорость одинакова, поэтому он не искривляется.

Другие задания по теме «Механика» (8)