14.3 — Звук

Звук — механическая волна слышимого диапазона. Высота связана главным образом с частотой, громкость — с интенсивностью и амплитудой.

ФГОС · 9 классФОП · базовый уровеньинтерактивная модель

звуктонгромкостьтембрэхоультразвук

Физическая картина

Что происходит и какие границы имеет модель.

Главная идея

Звук не распространяется в вакууме.
Скорость звука зависит от среды и температуры; в твёрдых телах она обычно выше, чем в газах.
Эхо, интерференция и резонанс являются волновыми явлениями.

Как рассуждатьСначала назовите систему и взаимодействия, затем выберите величины и только после этого записывайте закон. Формула работает в пределах допущений модели.

Законы и величины

Символы следует читать как связь величин, а не как рецепт подстановки.

v=\frac{s}{t}

скорость по задержке

I=\frac{P}{S}

интенсивность звука

Разбор ситуации

Если эхо вернулось через 2 с при скорости звука 340 м/с, расстояние до препятствия равно 340 м, потому что звук прошёл путь туда и обратно.

Связи и применение

В реальном мире

Проверка модели

Сравнивайте предсказание с наблюдением, оценивайте единицы, порядок величины и влияние неучтённых факторов. Расхождение не всегда означает ошибку закона: часто идеализация перестаёт быть достаточной.

Что нужно понимать

Результат 1Объяснять физический смысл темы «Звук» через модель, а не только через формулу.

Результат 2Различать и корректно использовать термины: звук, тон, громкость.

Результат 3Указывать условия применимости закона, проверять единицы и предельные случаи.

Термины темы

Определение должно указывать физический смысл, а не заменяться бытовым синонимом.

звук: Механические колебания и волны, способные вызывать слуховое ощущение.
тон: Слуховая характеристика, высота которой в основном определяется частотой периодического звука.
громкость: Субъективная характеристика слухового ощущения, связанная прежде всего с интенсивностью и частотой звука.
тембр: Характер окраски звука, определяемый его спектральным составом и изменением во времени.
эхо: Звук, воспринятый отдельно после отражения от удалённого препятствия.
ультразвук: Звуковые колебания с частотой выше верхней границы слышимости человека, обычно выше 20 кГц.

Происхождение и вывод формул

Фундаментальный закон нельзя «доказать» алгеброй: для каждой записи указано, является ли она определением, экспериментальным законом или следствием модели.

v=\frac{s}{t}

определение

Скорость по задержке. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

s=\text{путь звукового импульса}

По геометрии опыта определяют полный путь звука; для эха до преграды на расстоянии d и обратно он равен 2d.

t=\text{измеренная задержка}

Измеряют время между излучением импульса и его приёмом.

v\equiv\frac{s}{t}

Среднюю скорость распространения вводят определением как путь, делённый на время; при эхо-измерении получается v=2d/t.

Условия: Скорость звука на всём пути считается постоянной; s является полным путём сигнала, а задержки аппаратуры учтены или пренебрежимо малы. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

I=\frac{P}{S}

определение

Интенсивность звука. Ниже показано, из какого определения, опыта или закона возникает эта запись и где она применима.

P=\frac{\Delta E}{\Delta t}

Мощность звуковой волны равна энергии, переносимой через поверхность за единицу времени.

I\equiv\frac{\Delta E}{S\,\Delta t}

Интенсивность вводят определением как поток энергии через единичную площадь, перпендикулярную распространению.

I=\frac{P}{S}

При равномерном распределении мощности по площади S определение сокращается до указанного отношения.

Условия: Поток энергии примерно равномерен по площади S и падает на неё перпендикулярно; P является акустической мощностью, проходящей именно через эту площадь. Контроль: Размерности обеих частей должны совпадать; результат проверяют на знак, порядок и предельный случай.

Границы модели и типичные ошибки

Ошибка: забыть условие моделиНельзя переносить формулу на любую ситуацию только из-за совпадения букв. Ключевое условие этой темы: Звук не распространяется в вакууме.

Как проверить рассуждениеСкорость звука зависит от среды и температуры; в твёрдых телах она обычно выше, чем в газах. Затем проверьте единицы, направление векторов и поведение результата при нулевом или очень большом параметре.

Вывод по теме

Звук

Звук не распространяется в вакууме.
Скорость звука зависит от среды и температуры; в твёрдых телах она обычно выше, чем в газах.
Любой численный результат сопровождается единицей, знаком и объяснением его физического смысла.

Содержание сверено с ФРП по физике ООО/СОО 2025 года и тематикой действующих линий ФПУ: И. М. Пёрышкин и соавторы (7–9), Г. Я. Мякишев и соавторы (10–11); углубления — с линиями «Инженеры будущего» и В. А. Касьянова. Формулировки оригинальные, тексты учебников не воспроизводятся.