Решение: Обнаружение моллюска эхолокацией
Статья к заданиюТекст по физике «Слух дельфинов»
Прочитайте текст и выполните задания.
Слух дельфинов
Среди всех систем организма дельфина одна из самых интересных – слуховая. Основные сведения об окружающей обстановке дельфин получает с помощью слуха. При этом он использует эхолокацию: анализирует эхо, возникающее при отражении издаваемых им звуков от окружающих предметов. Эхо даёт точные сведения не только о положении предметов, но и об их величине, форме, материале, т.е. позволяет дельфину создать картину окружающего мира не хуже или даже лучше, чем с помощью зрения. Дельфины воспринимают акустические колебания с частотами почти в 10 раз выше, чем те, которые может различить человек (см. рисунок 1). Они способны слышать и звуки, мощность которых в 10–30 раз ниже доступных слуху человека.
Рисунок 1. Диапазоны звуковых частот, воспринимаемых различными животными и человеком
Ультразвуковые сигналы, посылаемые дельфином, представляют собой последовательность коротких импульсов (щелчков), имеющих длительность порядка 0,01–0,1 мс.
Для того, чтобы сигнал был отражён препятствием, минимальный линейный размер этого препятствия должен быть не меньше длины волны посылаемого звука. Кроме того, использование ультразвуковых сигналов связано с тем, что ультразвуковая волна имеет острую направленность излучения, что очень важно для эхолокации, и намного медленнее затухает при распространении в воде.
Может ли дельфин, используя сигнал частотой $100\ \text{кГц}$, обнаружить находящегося впереди моллюска размером $10\ \text{мм}$? Скорость звука в воде принять равной $1500\ \text{м/с}$. Ответ поясните.
Используйте сведения из приведённого материала об условии отражения звукового сигнала от препятствия.
Решение по шагам
3 шагаДлина волны звукового сигнала определяется скоростью звука и частотой сигнала.
$$\lambda = \dfrac{v}{\nu}$$Подставим значения скорости звука и частоты, предварительно выразив частоту в герцах.
$$\lambda = \dfrac{1500}{100\,000} = 0{,}015\ \text{м} = 15\ \text{мм}$$Согласно условию отражения, минимальный размер препятствия должен быть не меньше длины волны. Размер моллюска равен $10\ \text{мм}$, что меньше $15\ \text{мм}$.
Нет, дельфин не сможет обнаружить моллюска данным сигналом, поскольку длина волны $15\ \text{мм}$ больше размера моллюска $10\ \text{мм}$.
Этот ответ получен в разборе, но не сверен с официальным ключом из банка — проверьте выкладки, прежде чем заучивать результат.
Где здесь ошибаются
Не переводят частоту из килогерц в герцы.
Сравнивают размер моллюска со скоростью звука, а не с длиной волны.
Делают вывод о возможности обнаружения, несмотря на то что размер препятствия меньше длины волны.