Какую частоту звука услышит неподвижный наблюдатель, находясь в разных направлениях от заводского гудка с частотой 650 Гц, если ветер дует с севера со скоростью 12 м/с при температуре воздуха 20 градусов по Цельсию?

• а) к северу
• б) к югу
• в) к востоку
• г) к западу

Физика 11 класс Дифракция и Doppler эффект частота звука неподвижный наблюдатель заводской гудок ветер скорость ветра температура воздуха физика 11 класс Новый

Чтобы определить частоту звука, которую услышит неподвижный наблюдатель в разных направлениях от заводского гудка, необходимо использовать эффект Доплера. Эффект Доплера описывает изменение частоты звука в зависимости от движения источника звука и наблюдателя.

В нашем случае гудок (источник звука) неподвижен, а ветер (движение воздуха) изменяет скорость распространения звука в разных направлениях. Частота звука, воспринимаемая наблюдателем, будет зависеть от направления ветра.

Исходные данные:

• Частота гудка (f) = 650 Гц
• Скорость ветра (v_ветра) = 12 м/с
• Скорость звука в воздухе (v_звука) при температуре 20 градусов по Цельсию примерно равна 343 м/с.

Теперь рассмотрим различные направления:

1. К северу: В этом направлении ветер дует в сторону наблюдателя. Скорость звука увеличивается на скорость ветра.
• v_эффективная = v_звука + v_ветра = 343 м/с + 12 м/с = 355 м/с
• Частота, воспринимаемая наблюдателем: f' = f * (v_эффективная / v_звука) = 650 Гц * (355 / 343) ≈ 670 Гц
2. К югу: Ветер дует в противоположном направлении от наблюдателя. Скорость звука уменьшается на скорость ветра.
• v_эффективная = v_звука - v_ветра = 343 м/с - 12 м/с = 331 м/с
• Частота, воспринимаемая наблюдателем: f' = f * (v_эффективная / v_звука) = 650 Гц * (331 / 343) ≈ 620 Гц
3. К востоку: Ветер дует с севера на юг, а наблюдатель находится на востоке. В этом случае ветер не влияет на частоту, так как движение воздуха перпендикулярно направлению к наблюдателю.
• v_эффективная = v_звука (ветер не влияет) = 343 м/с
• Частота, воспринимаемая наблюдателем: f' = f = 650 Гц
4. К западу: Аналогично восточному направлению, ветер не влияет на частоту, так как движение воздуха перпендикулярно направлению к наблюдателю.
• v_эффективная = v_звука (ветер не влияет) = 343 м/с
• Частота, воспринимаемая наблюдателем: f' = f = 650 Гц

Таким образом, частоты звука, которые услышит наблюдатель в разных направлениях:

• К северу: ≈ 670 Гц
• К югу: ≈ 620 Гц
• К востоку: 650 Гц
• К западу: 650 Гц