Волны и звук

Интенсивность звука от расстояния

Интенсивность падает как 1/r² — передвиньте наблюдателя и следите за I и L.

Интенсивность звука от расстояния — интерактивная симуляция (Волны и звук). Интенсивность падает как 1/r² — передвиньте наблюдателя и следите за I и L. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.

Обратно-квадратичная интенсивность

Интенсивность звука спадает как 1/r² от точечного источника в трёх измерениях.

Мощность распределяется по площади сферы 4πr², поэтому интенсивность I = P/(4πr²). Удвоение расстояния учетверяет расстояние в знаменателе — интенсивность падает вчетверо.

• I = P/(4πr²)
• I ∝ 1/r²

Краткое описание исследования

Спланируйте вопрос до открытия лаборатории

Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.

Движущий вопрос

Динамик излучает звук равномерно во все стороны. Если слушатель отойдёт вдвое дальше, насколько упадёт интенсивность звука?

Прогнозы для взвешивания

• Интенсивность падает до 1/2 — она спадает линейно по расстоянию.
• Интенсивность падает до 1/4 — она спадает как квадрат расстояния.
• Интенсивность неизменна при любом расстоянии.

Роли переменных

Что вы задали:

• Расстояние r (m)

Что вы измеряете:

• Интенсивность I (µW/m²)

Как идёт исследование

1. Откройте пресет интенсивности звука и нажмите «Сброс». Источник излучает 0.05 W во все стороны (сферическое расхождение).
2. Включите показание интенсивности у наблюдателя.
3. Задайте расстояние наблюдателя от источника для каждой пробы и запишите интенсивность.

Определяющее уравнение

Обратно-квадратичный закон интенсивности звука — I = P/(4πr²)

Мощность, излучённая равномерно во все стороны, распределяется по сфере площадью 4πr². Интенсивность — мощность на единицу площади — поэтому спадает как 1/r² с расстоянием от источника.

Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести

• Для одной пробы вычислите I = P/(4πr²) при P = 0.05 Вт, выразив ответ в мкВт/м² (1 мкВт/м² = 10⁻⁶ Вт/м²). Сравните с таблицей.
• Используя площадь сферы 4πr², объясните, почему мощность звука, расходящаяся наружу, заставляет интенсивность спадать как 1/r², а не 1/r.

Где это проявляется за пределами лаборатории

• Удвоение расстояния ослабляет интенсивность вчетверо, но громкость (в децибелах) падает лишь на фиксированную величину при каждом удвоении. Посмотрите эксперимент с децибелами — какая функция превращает отношение интенсивностей ×4 в фиксированную разность dB?
• Этот эксперимент предполагает излучение равномерно во все стороны. Рупор вместо этого фокусирует звук в узкий конус. Как, по-вашему, изменился бы закон 1/r² для сфокусированного источника на том же расстоянии?

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.2 Wave model
• General High School Physics — Waves & sound
• NGSS High School Physics — Wave properties

1. Добро пожаловать к интенсивности звука
2. Выберите наблюдателя
3. Нажмите Play
4. Слабее с расстоянием
5. Откройте панель свойств
6. Готово!

Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.

Открыть интерактивную лабораторию →

Скачать рабочий лист →

Интенсивность звука и децибелы