Эффект Доплера у жуков
5/10Известно, что когда мимо нас перемещается объект, издающий звук, то звук сигнала сначала кажется высоким, а затем становится низким. То есть когда звук движется в нашу сторону, он кажется выше, чем есть на самом деле. А когда сигнал удаляется от нас, то слух воспринимает его ниже. Насекомые производят множество разнообразных звуков. Например, жужжание создаётся в результате очень быстрой вибрации крыльев. Так, жук-навозник делает \(f = 85\) взмахов крыльями в секунду. Какое количество взмахов крыльями в секунду (\(f'\)) услышит навстречу летящий другой такой же жук? Жуки летят с одинаковой скоростью \(v = 30\) км/ч. Скорость звука в воздухе \(c = 330\) м/с. Время между двумя взмахами крыльями (\(T\)) обратно пропорционально количеству взмахов в секунду (\(f\)).
В вариантах 2 и 3 соответственно: божья коровка с \(f = 100\) и стрекоза с \(f = 250\) взмахами в секунду.
▶Показать разборСкрыть разбор
ПодсказкаКаждый следующий взмах первый жук издаёт, когда уже пролетел путь \(vT\), а звук второму жуку идёт от места предыдущего взмаха. Запишите время прихода двух соседних импульсов.
Ответ\(f' \approx 89\) раз в секунду.
РешениеПусть в начальный момент жуки находятся на расстоянии \(l\), и первый жук издаёт первый сигнал. Второй жук принимает его через время \(t_1 = \dfrac{l - vt_1}{c}\). Следующий импульс первый жук издаёт через время \(T\), и он приходит ко второму жуку в момент \[t_2 = T + \frac{(l - vt_1) - vT - v(t_2 - t_1)}{c}.\] Вычитая из этого выражения первое и обозначив \(T' = t_2 - t_1\), получим \(T' = T - \dfrac{v(T + T')}{c}\), откуда \[T' = T\,\frac{c - v}{c + v}.\] Так как \(T \sim 1/f\), частота импульсов, воспринимаемая вторым жуком, равна \[f' = f\,\frac{c+v}{c-v} \approx 85\cdot\frac{338{,}3}{321{,}7} \approx 89~\text{раз в секунду}.\] Это изменение частоты называется эффектом Доплера.
Похожие задачи
- Длительность сигнала автомобиля Росатом 2016/17, 11 кл.
- Свисток приближающегося локомотива Курчатов 2020/21, 7 кл.
- Сигнал мотоциклистов Физтех 2023/24, 9 кл.
- Вспышки и хлопки фейерверка «Бельчонок» 2024/25, 7 кл.
- Сигнал поезда на двух приёмниках Физтех 2025/26, 9 кл.
- Волны от катера у берега МОШ 2014/15, 10 кл.