Звучание медузы
-
А еще медузы умеют слышать - у них на краях купола есть специальные резонаторы, которые реагируют на инфразвук! - заметил Гарин, - например, «мой» вид четко реагировал на частоту Гц, и поэтому они слышали «гул бури», то есть инфразвуковое излучение больших волн, которое в океане распространяется почти без затухания на огромные расстояния. Так что они всегда «прятались» при приближении шторма.
-
А сами они не могли издавать звуки на этой частоте? - заинтересованно спросил Лобанов.
-
Интересный вопрос! - отозвался Гарин, - я думал об этом, но у меня не было возможности изготовить подходящий микрофон. Учитывая их размеры, мощности там очень малые, а, чтобы выделять сигнал на фоне шумов, нужен направленный и достаточно чувствительный микрофон.
-
Давайте разберемся: пусть, например, резонаторы каким-то образом «задают такт», и на этой частоте весь купол совершает радиальные движения - какая там может быть амплитуда колебаний звукового давления? - начал рассуждать Лобанов.
-
Думаю, не больше . Другие параметры я знаю довольно точно: плотность воды там г/см, скорость звука в воде на этой частоте примерно м/с. Найдите примерно мощность звукового излучения, создаваемого медузой. Допустим, что у Вас есть микрофон, у которого площадь плоского входного отверстия см, а порог чувствительности по мощности пВт. С какого максимального расстояния он «услышит» медузу? В течении какого времени он будет слышать медузу, дрейфующую мимо него с постоянной скоростью см/с по прямой, у которой ближайшая к микрофону точка находится точно на оси входного отверстия на расстоянии от него? Указание: Амплитуда звукового давления - максимальное отклонение давления в звуковой волне от его равновесного значения. Интенсивность звуковой волны связана с амплитудой звукового давления соотношением , где - равновесная плотность среды, а - скорость распространения звуковой волны.
Возможное решение:
В соответствии с указанием из условия, интенсивность излучения медузы
Понятно, что для нахождения мощности нужно умножить эту величину на внешнюю площадь поверхности купола, и поэтому
Мы знаем, что затуханием изучаемого звука можно пренебречь, и поэтому по мере удаления от медузы его интенсивность убывает только из-за распределения энергии излучения по увеличивающейся площади поверхности фронта волны. Значит, на расстоянии от медузы , и максимальное расстояние «слышимости» определяется из условия
При движении медузы изменяется расстояние между ней и входным отверстием микрофона, и, кроме того, изменяется угол падения звука от медузы на плоскость входного отверстия. С учетом обоих факторов принимаемая микрофоном мощность звука
Направим ось вдоль линии дрейфа медузы, совместив начало отсчета координаты с точкой наибольшего сближения медузы с микрофоном (см. рисунок). Тогда , , , и
Таким образом, интервал значений координаты медузы, при которых микрофон ее слышит, определяется условием , где
Продолжительность интервала времени, в течение которого микрофон слышит медузу,
Ответы: мкВт, м, с.
Правильно использована связь интенсивности с амплитудой давления
Найдена мощность излучения мкВт
Найдено максимальное расстояние слышимости м
Учтен угол падения звука на микрофон и получена зависимость
Найдено время слышимости с