Хвилі та звук
Інтенсивність звуку проти відстані
Інтенсивність спадає як 1/r² — пересуньте спостерігача й дивіться, як змінюються I та L.
Інтенсивність звуку проти відстані — інтерактивне моделювання: Хвилі та звук. Інтенсивність спадає як 1/r² — пересуньте спостерігача й дивіться, як змінюються I та L. Безкоштовна браузерна віртуальна фізична лабораторія з живими вимірюваннями в СІ та керованим заняттям.
Інтенсивність обернено до квадрата
Інтенсивність звуку спадає як 1/r² від точкового джерела у трьох вимірах.
Потужність розходиться по сферичній площі 4πr², тож інтенсивність I = P/(4πr²). Подвоєння відстані четвертує спадання інтенсивності.
- I = P/(4πr²)
- I ∝ 1/r²
Короткий опис дослідження
Сплануйте запитання, перш ніж відкрити лабораторію
Короткий відповідає передрендереній сторінці: рушійне запитання, конкуруючі прогнози, ролі змінних, керівні закони, установка, аналіз і підсилення лишаються видимими та в цьому порядку.
Рушійне запитання
Гучномовець випромінює звук рівно в усі боки. Якщо слухач відійде вдвічі далі, наскільки впаде інтенсивність звуку?
Прогнози для зважування
- Інтенсивність падає до 1/2 — вона спадає лінійно з відстанню.
- Інтенсивність падає до 1/4 — вона спадає з квадратом відстані.
- Інтенсивність та сама незалежно від відстані.
Ролі змінних
Що ви задаєте:
- Відстань r (m)
Що ви вимірюєте:
- Інтенсивність I (µW/m²)
Як проходить дослідження
- Відкрийте пресет інтенсивності звуку та натисніть «Скинути». Джерело випромінює 0.05 W в усі боки (сферичне розходження).
- Увімкніть показ інтенсивності в спостерігача.
- Задайте відстань спостерігача від джерела для кожного заміру та запишіть інтенсивність.
Керівне рівняння
Закон оберненого квадрата для інтенсивності звуку — I = P/(4πr²)
Потужність, випромінена рівно в усі боки, розподіляється по сфері площею 4πr². Інтенсивність — потужність на одиницю площі — тому спадає як 1/r² з відстанню від джерела.
Що друкований робочий аркуш пропонує учням обчислити
- Для одного заміру обчисліть I = P/(4πr²) з P = 0.05 W, виразивши відповідь у µW/m² (1 µW/m² = 10⁻⁶ W/m²). Порівняйте з таблицею.
- Поясніть, використовуючи площу поверхні сфери 4πr², чому потужність звуку, що розходиться назовні, робить спадання інтенсивності як 1/r², а не 1/r.
Де це трапляється за межами лабораторії
- Подвоєння відстані четвертує інтенсивність, але гучність (у децибелах), здається, падає лише на фіксовану величину кожного подвоєння. Подивіться експеримент із децибелами — яка функція перетворює відношення інтенсивності ×4 на фіксовану різницю dB?
- Цей експеримент вважає, що джерело випромінює рівно в усі боки. Мегафон натомість фокусує звук у вузький конус. Як ви очікуєте, змінився б закон 1/r² для сфокусованого джерела на тій самій відстані?
- 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
- Вітаємо в інтенсивності звуку
- Виберіть спостерігача
- Натисніть «Запустити»
- Слабшає з відстанню
- Відкрийте панель властивостей
- У вас вийшло!
Відкрийте інтерактивне моделювання, щоб зібрати сцену, натиснути «Запустити» та дослідити з живими вимірюваннями й керованим заняттям.
Відкрити інтерактивну лабораторію →
Завантажити лабораторний аркуш →