Присоединиться

Физика·Колебания и волны·9–11 класс

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

  1. 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 s=2hs = 2h, а время движения в одну сторону составляет t1=0,8 с2=0,4 сt_1 = \frac{0{,}8\ \text{с}}{2} = 0{,}4\ \text{с}.

    Это ключевой момент задачи: пропустив деление на два, глубину завышают ровно вдвое.

  2. Шаг 2. Формулы и перевод единиц

    Глубина: из 2h=vt2h = vt получаем h=vt2h = \frac{vt}{2} (или h=vt1h = vt_1 — то же самое).

    Длина волны связана со скоростью и частотой соотношением λ=vν\lambda = \frac{v}{\nu}: за один период волна проходит расстояние в одну длину волны.

    Переводим частоту в СИ: ν=30 кГц=30000 Гц=3104 Гц\nu = 30\ \text{кГц} = 30\,000\ \text{Гц} = 3 \cdot 10^4\ \text{Гц}.

    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
Получить полное решение

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.

Другие задачи по теме «Колебания и волны»