Edits to “Решение”, “Ответ”
ru/3.7.2.md
+26 −1
| ### Условие | |||
| $3.7.2.$ | |||
| а) В упругой среде плотности $\rho$ движется со скоростью $c$ плоская волна сжатия, амплитуда которой $\Delta\rho$. Чему равна плотность потока импульса в области сжатия? | |||
| б) Протяженность слоя среды в направлении распространения волны $L$, а самой волны $l$. С какой скоростью движется центр масс этого слоя? На сколько он сместится после того, как волна пройдет по всему слою? | |||
|  | |||
| ### Решение | |||
| По определению плотности потока импульса: | |||
| \[ | |||
| j = \Delta p \cdot c | |||
| \] | |||
| Изменение плотности импульса в волне сжатия: | |||
| \[ | |||
| \Delta p = \Delta\rho \cdot v | |||
| \] | |||
| где $v$ — скорость колебаний частиц среды. | |||
| Для плоской звуковой волны скорость колебаний частиц: | |||
| \[ | |||
| v = c \cdot \frac{\Delta\rho}{\rho} | |||
| \] | |||
| Из всех вышесказанных уравнений можно найти плотность потока импульса: | |||
| @@ -25,6 +25,30 @@Решение | |||
| \[ | |||
| j = \Delta p \cdot c = c \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} \cdot c = c^2 \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} | |||
| \] | |||
| + | Когда волна находится внутри слоя, часть слоя длиной $l$ имеет плотность $\rho + \Delta\rho$ и движется вперёд со скоростью $v$. Остальная часть слоя длиной $L - l$ покоится. | ||
| + | |||
| + | Масса всего слоя в невозмущённом состоянии: | ||
| + | \[ | ||
| + | M = \rho L S | ||
| + | \] | ||
| + | где $S$ — площадь сечения. | ||
| + | |||
| + | Масса сжатой части (волны): | ||
| + | \[ | ||
| + | m_{\text{волны}} = (\rho + \Delta\rho) l S \approx \rho l S | ||
| + | \] | ||
| + | (слагаемым $\Delta\rho$ пренебрегаем, так как оно мало по сравнению с $\rho$) | ||
| + | |||
| + | Импульс слоя создаётся только движущейся частью (волной): | ||
| + | \[ | ||
| + | p = m_{\text{волны}} \cdot v = (\rho l S) \cdot v | ||
| + | \] | ||
| + | |||
| + | Скорость центра масс всего слоя: | ||
| + | \[ | ||
| + | V_{\text{цм}} = \frac{\rho l S \cdot v}{\rho L S} = \frac{l}{L} \cdot v | ||
| + | = \frac{l}{L} \cdot c \cdot \frac{\Delta\rho}{\rho} | ||
| + | \] | ||
| Смещение центра масс после прохождения волны: | |||
| \[ | |||
| \Delta x_{\text{ц.м.}} = \frac{1}{M} \int m_i \Delta x_i = \frac{\Delta\rho}{\rho} \cdot l | |||
| \] | |||
| где $M$ — полная масса слоя. | |||
| #### Ответ | |||
| \[ | |||
| @@ -35,8 +59,9 @@Ответ | |||
| j = c^2 \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} | |||
| \] | |||
| \[ | |||
| − | |||
| + | V_{\text{цм}} | ||
| + | = \frac{l}{L} \cdot c \cdot \frac{\Delta\rho}{\rho} | ||
| \] | |||
| \[ | |||
| \Delta x_{\text{ц.м.}} = \frac{\Delta\rho}{\rho} \cdot l | |||
| \] | |||
| ### Условие | ### Условие | ||
| $3.7.2.$ | $3.7.2.$ | ||
| а) В упругой среде плотности $\rho$ движется со скоростью $c$ плоская волна сжатия, амплитуда которой $\Delta\rho$. Чему равна плотность потока импульса в области сжатия? | а) В упругой среде плотности $\rho$ движется со скоростью $c$ плоская волна сжатия, амплитуда которой $\Delta\rho$. Чему равна плотность потока импульса в области сжатия? | ||
| б) Протяженность слоя среды в направлении распространения волны $L$, а самой волны $l$. С какой скоростью движется центр масс этого слоя? На сколько он сместится после того, как волна пройдет по всему слою? | б) Протяженность слоя среды в направлении распространения волны $L$, а самой волны $l$. С какой скоростью движется центр масс этого слоя? На сколько он сместится после того, как волна пройдет по всему слою? | ||
|  |  | ||
| ### Решение | ### Решение | ||
| По определению плотности потока импульса: | По определению плотности потока импульса: | ||
| \[ | \[ | ||
| j = \Delta p \cdot c | j = \Delta p \cdot c | ||
| \] | \] | ||
| Изменение плотности импульса в волне сжатия: | Изменение плотности импульса в волне сжатия: | ||
| \[ | \[ | ||
| \Delta p = \Delta\rho \cdot v | \Delta p = \Delta\rho \cdot v | ||
| \] | \] | ||
| где $v$ — скорость колебаний частиц среды. | где $v$ — скорость колебаний частиц среды. | ||
| Для плоской звуковой волны скорость колебаний частиц: | Для плоской звуковой волны скорость колебаний частиц: | ||
| \[ | \[ | ||
| v = c \cdot \frac{\Delta\rho}{\rho} | v = c \cdot \frac{\Delta\rho}{\rho} | ||
| \] | \] | ||
| Из всех вышесказанных уравнений можно найти плотность потока импульса: | Из всех вышесказанных уравнений можно найти плотность потока импульса: | ||
| @@ -25,6 +25,30 @@Решение | |||
| \[ | \[ | ||
| j = \Delta p \cdot c = c \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} \cdot c = c^2 \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} | j = \Delta p \cdot c = c \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} \cdot c = c^2 \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} | ||
| \] | \] | ||
| Когда волна находится внутри слоя, часть слоя длиной $l$ имеет плотность $\rho + \Delta\rho$ и движется вперёд со скоростью $v$. Остальная часть слоя длиной $L - l$ покоится. | |||
| Масса всего слоя в невозмущённом состоянии: | |||
| \[ | |||
| M = \rho L S | |||
| \] | |||
| где $S$ — площадь сечения. | |||
| Масса сжатой части (волны): | |||
| \[ | |||
| m_{\text{волны}} = (\rho + \Delta\rho) l S \approx \rho l S | |||
| \] | |||
| (слагаемым $\Delta\rho$ пренебрегаем, так как оно мало по сравнению с $\rho$) | |||
| Импульс слоя создаётся только движущейся частью (волной): | |||
| \[ | |||
| p = m_{\text{волны}} \cdot v = (\rho l S) \cdot v | |||
| \] | |||
| Скорость центра масс всего слоя: | |||
| \[ | |||
| V_{\text{цм}} = \frac{\rho l S \cdot v}{\rho L S} = \frac{l}{L} \cdot v | |||
| = \frac{l}{L} \cdot c \cdot \frac{\Delta\rho}{\rho} | |||
| \] | |||
| Смещение центра масс после прохождения волны: | Смещение центра масс после прохождения волны: | ||
| \[ | \[ | ||
| \Delta x_{\text{ц.м.}} = \frac{1}{M} \int m_i \Delta x_i = \frac{\Delta\rho}{\rho} \cdot l | \Delta x_{\text{ц.м.}} = \frac{1}{M} \int m_i \Delta x_i = \frac{\Delta\rho}{\rho} \cdot l | ||
| \] | \] | ||
| где $M$ — полная масса слоя. | где $M$ — полная масса слоя. | ||
| #### Ответ | #### Ответ | ||
| \[ | \[ | ||
| @@ -35,8 +59,9 @@Ответ | |||
| j = c^2 \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} | j = c^2 \frac{(\Delta\rho)^2}{\rho} | ||
| \] | \] | ||
| \[ | \[ | ||
| V_{\text{цм}} | |||
| = \frac{l}{L} \cdot c \cdot \frac{\Delta\rho}{\rho} | |||
| \] | \] | ||
| \[ | \[ | ||
| \Delta x_{\text{ц.м.}} = \frac{\Delta\rho}{\rho} \cdot l | \Delta x_{\text{ц.м.}} = \frac{\Delta\rho}{\rho} \cdot l | ||
| \] | \] | ||