Global EE

Механика — Задание 18 ОГЭ по физике №00018536

Задание №18. Текстовая Качественная Задача

Механика

№2. Задание 18

ID: 00018536

Будет ли распространяться по подводному звуковому каналу (ПЗК) звуковой луч, испущенный из источника, находящегося на глубине $300$ м, и направленный вертикально вверх? Ответ поясните.

Гигантский акустический волновод в океане

Аналоги акустических волноводов при определённых условиях могут возникать в морях и океанах. Их назвали «подводными звуковыми каналами» (ПЗК). Распространяющиеся по таким каналам звуковые волны могут быть приняты за тысячи километров от источника.

С глубиной увеличивается гидростатическое давление, что приводит к росту скорости звука. При понижении температуры скорость звука убывает. В океане температура воды сначала довольно быстро падает по мере удаления от поверхности, а на большой глубине становится почти постоянной. Совместное влияние этих факторов приводит к сложной зависимости скорости звука от глубины. Вблизи поверхности скорость звука уменьшается с ростом глубины, на некоторой глубине $z_m$ скорость минимальна, а при дальнейшем погружении скорость снова возрастает.

Из закона преломления следует, что в среде с меняющейся скоростью «звуковые лучи» искривляются (рефракция звука). Луч, идущий вдоль горизонтали $z=z_m$, будет прямолинейным. Лучи, выходящие под небольшими углами к этой горизонтали, искривляются и снова и снова возвращаются к уровню $z_m$ — так и работает ПЗК. Роль «стенок» канала играют слои воды на тех глубинах, где луч «поворачивает».

Рисунок к заданию 18 ОГЭ по физике — Механика

Источник: ФИПИ

Решение

В тексте описано, какие звуковые лучи удерживает подводный звуковой канал. Это лучи, которые идут вдоль горизонтали $z=z_m$ или выходят под небольшими углами к ней: они искривляются и раз за разом возвращаются к уровню $z_m$. Так показано и на рисунке — лучи волнами идут вдоль оси $x$.

Почему лучи искривляются. Скорость звука в океане меняется с глубиной. Слои воды, в которых скорость звука одинакова, расположены горизонтально, как стопка пластин. Луч, который пересекает эти слои наклонно, преломляется на каждой границе — в этом и состоит рефракция звука.

Теперь луч из условия. Источник находится на глубине $300$ м, луч направлен вертикально вверх. Такой луч пересекает горизонтальные слои под прямым углом. А по закону преломления луч, падающий на границу перпендикулярно, не меняет своего направления.

Значит, вертикальный луч не искривляется вовсе. Он идёт прямо вверх и доходит до поверхности воды. Вернуться к уровню $z_m$ и пойти вдоль канала он не может.

Ответ на вопрос: нет, такой луч по подводному звуковому каналу распространяться не будет.

Ответ

Нет. Луч, пущенный вертикально вверх, идёт под слишком большим углом к оси канала, поэтому выходит на поверхность и рассеивается, а не удерживается в ПЗК.

Другие задания по теме «Механика» (8)