Эхолот: как найти глубину моря и длину ультразвуковой волны
Условие
Эхолот судна излучил короткий ультразвуковой импульс частотой 30 кГц и принял отражённый от дна сигнал через 0,8 с после излучения. Скорость звука в морской воде считать равной 1500 м/с. Найдите глубину моря под судном и длину этой ультразвуковой волны в воде.
Ответ
h = 600 м, λ = 0,05 м = 5 см
Решение по шагам
Шаг 1. Куда девается время 0,8 секунды
За 0,8 с сигнал успевает пройти путь дважды: от эхолота вниз до дна и обратно к приёмнику.
Значит, весь пройденный путь равен , а время движения в одну сторону составляет .
Это ключевой момент задачи: пропустив деление на два, глубину завышают ровно вдвое.
Шаг 2. Формулы и перевод единиц
Глубина: из получаем (или — то же самое).
Длина волны связана со скоростью и частотой соотношением : за один период волна проходит расстояние в одну длину волны.
Переводим частоту в СИ: .
Заметьте: скорость звука задана в воде (1500 м/с) — она примерно в 4,4 раза больше, чем в воздухе, и подставлять привычные 340 м/с нельзя.
Осталось ещё 2 шага — откроются после входа:
- Шаг 3. Считаем глубину
- Шаг 4. Считаем длину волны
Бесплатно · займёт минуту
Частые ошибки
- ✗
Забывают, что сигнал идёт туда и обратно, и получают 1200 м вместо 600 м.
- ✗
Подставляют скорость звука в воздухе 340 м/с, хотя импульс идёт в воде.
- ✗
Не переводят килогерцы в герцы: λ = 1500/30 = 50 м — абсурдный ответ для ультразвука.
- ✗
Переворачивают формулу: пишут λ = ν/v вместо λ = v/ν. Контроль по размерности: (м/с)/(1/с) = м.
- ✗
Делят на два длину волны заодно с глубиной — «туда и обратно» относится только к пути сигнала.