Как ориентируются летучие мыши

Летучие мыши обычно живут огромными стаями в пещерах, в которых они прекрасно

ориентируются в полной темноте. Влетая и вылетая из пещеры, каждая мышь издает

неслышимые нами звуки. Одновременно эти звуки издают тысячи мышей, но это никак не

мешает им прекрасно ориентироваться в пространстве в полной темноте и летать, не

сталкиваясь друг с другом. Почему летучие мыши могут уверенно летать в полнейшей

темноте, не натыкаясь на препятствия? Удивительное свойство этих ночных животных –

умение ориентироваться в пространстве без помощи зрения – связано с их способностью

испускать и улавливать ультразвуковые волны.

Оказалось, что во время полёта мышь излучает короткие сигналы на частоте около 80

кГц, а затем принимает отражённые эхо-сигналы, которые приходят к ней от ближайших

препятствий и от пролетающих вблизи насекомых.

Для того, чтобы сигнал был препятствием отражён, наименьший линейный размер

этого препятствия должен быть не меньше длины волны посылаемого звука.

Использование ультразвука позволяет обнаружить предметы меньших размеров, чем

можно было бы обнаружить, используя более низкие звуковые частоты. Кроме того,

использование ультразвуковых сигналов связано с тем, что с уменьшением длины волны

легче реализуется направленность излучения, а это очень важно для эхолокации.

Реагировать на тот или иной объект мышь начинает на расстоянии порядка 1 метра,

при этом длительность посылаемых мышью ультразвуковых сигналов уменьшается

примерно в 10 раз, а частота их следования увеличивается до 100–200 импульсов

(щелчков) в секунду. То есть, заметив объект, мышь начинает щелкать более часто, а

сами щелчки становятся более короткими. Наименьшее расстояние, которое мышь может

определить таким образом, составляет примерно 5 см.

Во время сближения с объектом охоты летучая мышь как бы оценивает угол между

направлением своей скорости и направлением на источник отражённого сигнала и

изменяет направление полёта так, чтобы этот угол становился все меньше и меньше.

Может ли летучая мышь, посылая сигнал частотой 80 кГц, обнаружить мошку размером

1 мм? Скорость звука в воздухе принять равной 320 м/с. Ответ поясните.

Для ультразвуковой эхолокации мыши используют волны частотой

1) менее 20 Гц 3) более 20 кГц

2) от 20 Гц до 20 кГц 4) любой частоты

Умение великолепно ориентироваться в пространстве связано у летучих мышей с их

способностью излучать и принимать

1) только инфразвуковые волны 3) только ультразвуковые волны

2) только звуковые волны 4) звуковые и ультразвуковые волны

 

Слух дельфинов

У дельфинов есть удивительная способность ориентироваться в морских глубинах. Эта способность связана с тем, что дельфины могут издавать и принимать сигналы ультразвуковых частот, главным образом от 80 кГц до 100 кГц. При этом мощность сигнала достаточна, чтобы обнаружить косяк рыбы на расстоянии до километра. Сигналы, посылаемые дельфином, представляют собой последовательность коротких импульсов, имеющих длительность порядка 0,01–0,1 мс.

Для того, чтобы сигнал был препятствием отражён, линейный размер этого препятствия должен быть не меньше длины волны посылаемого звука. Использование ультразвука позволяет обнаружить предметы меньших размеров, чем можно было бы обнаружить, используя более низкие звуковые частоты. Кроме того, использование ультразвуковых сигналов связано с тем, что ультразвуковая волна имеет острую направленность излучения, что очень важно для эхолокации, и намного медленнее затухает при распространении в воде.

Дельфин также способен воспринимать очень слабые отражённые сигналы звуковой частоты. Например, он прекрасно замечает маленькую рыбку, появившуюся сбоку на расстоянии 50 м.

Можно сказать, что дельфин обладает двумя типами слуха: он может направленно, вперёд, посылать и принимать ультразвуковой сигнал и может воспринимать обычные звуки, приходящие со всех сторон.

Для принятия остро направленных ультразвуковых сигналов у дельфина имеется вытянутая вперёд нижняя челюсть, по которой волны эхо-сигнала поступают к уху. А для принятия звуковых волн относительно низких частот, от 1кГц до 10 кГц, по бокам головы дельфина, где когда-то у далеких предков дельфинов, живших на суше, были обыкновенные уши, имеются наружные слуховые отверстия, которые почти заросли, однако звуки они пропускают прекрасно.

 

Может ли дельфин, обнаружить маленькую рыбку размером 15 см сбоку от себя? Скорость

звука в воде принять равной 1500 м/с. Ответ поясните.

 

Умение великолепно ориентироваться в пространстве связано у дельфинов с их

способностью излучать и принимать

1) только инфразвуковые волны 3) только ультразвуковые волны

2) только звуковые волны 4) звуковые и ультразвуковые волны

 

Для эхолокации дельфин использует

1) только инфразвуковые волны 3) только ультразвуковые волны

2) только звуковые волны 4) звуковые и ультразвуковые волны

 

Сейсмические волны

При землетрясении или крупном взрыве в коре и толще Земли возникают механические

волны, которые называются сейсмическими. Эти волны распространяются в Земле и

могут быть зарегистрированы при помощи специальных приборов – сейсмографов.

Действие сейсмографа основано на том принципе, что груз свободно подвешенного

маятника при землетрясении остаётся практически неподвижным относительно Земли. На

рисунке представлена схема сейсмографа. Маятник подвешен к стойке, прочно

закреплённой в грунте, и соединен с пером, чертящим непрерывную линию на бумажной

ленте равномерно вращающегося барабана. При колебаниях почвы стойка с барабаном

также приходят в колебательное движение, и на бумаге появляется график волнового

движения.

Различают несколько типов сейсмических волн, из них для изучения внутреннего

строения Земли наиболее важны продольная волна P и поперечная волна S.

Продольная волна характеризуется тем, что колебания частиц происходят в направлении

распространения волны; эти волны возникают и в твёрдых телах, и в жидкостях, и в газах.

Поперечные механические волны не распространяются ни в жидкостях, ни в газах.

Скорость распространения продольной волны примерно в 2 раза превышает скорость

распространения поперечной волны и составляет несколько километров в секунду. Когда

волны P и S проходят через среду, плотность и состав которой изменяются, то скорости

волн также меняются, что проявляется в преломлении волн. В более плотных слоях

Земли скорость волн возрастает. Характер преломления сейсмических волн позволяет

исследовать внутреннее строение Земли.

Какое(-ие) утверждение(-я) справедливо(-ы)?

А. При землетрясении груз маятника сейсмографа совершает колебания относительно

поверхности Земли.

Б. Сейсмограф, установленный на некотором расстоянии от эпицентра землетрясения,

сначала зафиксирует сейсмическую волну P, а затем волну S.

1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б

Сейсмическая волна P является

1) механической продольной волной 3) радиоволной

2) механической поперечной волной 4) световой волной

На рисунке представлены графики зависимости скоростей сейсмических волн от глубины погружения в недра Земли. График для какой из волн (P или S) указывает на то, что ядро Земли находится не в твёрдом состоянии? Ответ поясните.

 

Анализ звука

 

При помощи наборов акустических резонаторов можно установить, какие тоны входят в состав данного звука и каковы их амплитуды. Такое установление спектра сложного звука называется его гармоническим анализом.

Раньше анализ звука выполнялся с помощью резонаторов, представляющих собой полые шары разного размера, имеющих открытый отросток, вставляемый в ухо, и отверстие с противоположной стороны. Для анализа звука существенно, что всякий раз, когда в анализируемом звуке содержится тон, частота которого равна частоте резонатора, последний начинает громко звучать в этом тоне.

Такие способы анализа, однако, очень неточны и кропотливы. В настоящее время они вытеснены значительно более совершенными, точными и быстрыми электроакустическими методами. Суть их сводится к тому, что акустическое колебание сначала преобразуется в электрическое колебание с сохранением той же формы, а следовательно, имеющее тот же спектр, а затем это колебание анализируется электрическими методами.

Один из существенных результатов гармонического анализа касается звуков нашей речи. По тембру мы можем узнать голос человека. Но чем различаются звуковые колебания, когда один и тот же человек поёт на одной и той же ноте различные гласные? Другими словами, чем различаются в этих случаях периодические колебания воздуха, вызываемые голосовым аппаратом при разных положениях губ и языка и изменениях формы полости рта и глотки? Очевидно, в спектрах гласных должны быть какие-то особенности, характерные для каждого гласного звука, сверх тех особенностей, которые создают тембр голоса данного человека. Гармонический анализ гласных подтверждает это предположение, а именно: гласные звуки характеризуются наличием в их спектрах областей обертонов с большой амплитудой, причём эти области лежат для каждой гласной всегда на одних и тех же частотах независимо от высоты пропетого гласного звука.

 

Можно ли, используя спектр звуковых колебаний, отличить один гласный звук от другого? Ответ поясните.

 

Гармоническим анализом звука называют

А. установление числа тонов, входящих в состав сложного звука.

Б. установление частот и амплитуд тонов, входящих в состав сложного звука.

1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б

 

Какое физическое явление лежит в основе электроакустического метода анализа звука?

1) преобразование электрических колебаний в звуковые

2) разложение звуковых колебаний в спектр

3) резонанс

4) преобразование звуковых колебаний в электрические

 

 

Цунами

Цунами – это одно из наиболее мощных природных явлений – ряд морских волн длиной до 200 км, способных пересечь весь океан со скоростями до 900 км/ч. Наиболее частой причиной появления цунами следует считать землетрясения.

Амплитуда цунами, а значит, и её энергия зависят от силы подземных толчков, от того, насколько близко к поверхности дна находится эпицентр землетрясения, от глубины океана в данном районе. Длина волны цунами определяется площадью и рельефом дна океана, на котором произошло землетрясение.

В океане волны цунами не превышают по высоте 60 см – их даже трудно определить с корабля или самолёта. Но их длина практически всегда значительно больше глубины океана, в котором они распространяются.

Все цунами характеризуются большим запасом энергии, которую они несут, даже в сравнении с самыми мощными волнами, образующимися под действием ветра.

Вся жизнь волны цунами может быть разделена на четыре последовательных этапа:

1) зарождение волны;

2) движение по просторам океана;

3) взаимодействие волны с прибрежной зоной;

4) обрушивание гребня волны на береговую зону.

Чтобы разобраться в природе цунами, рассмотрим мяч, плавающий на воде. Когда под ним проходит гребень, он устремляется вместе с ним вперёд, однако тут же соскальзывает с него, отстаёт и, попадая в ложбину, движется назад, пока его не подхватит следующий гребень. Затем всё повторяется, но не полностью: всякий раз предмет немного смещается вперёд. В результате мяч описывает в вертикальной плоскости траекторию, близкую к окружности. Поэтому в волне частица поверхности воды участвует в двух движениях: движется по окружности некоторого радиуса, уменьшающегося с глубиной, и поступательно в горизонтальном направлении.

Наблюдения показали, что существует зависимость скорости распространения волн от соотношения длины волны и глубины водоёма.

Если длина образовавшейся волны меньше глубины водоёма, то в волновом движении принимает участие только поверхностный слой.

При длине волны в десятки километров для волн цунами все моря и океаны являются «мелкими», и в волновом движении принимает участие вся масса воды – от поверхности до дна. Трение о дно становится существенным. Нижние слои (придонные) сильно затормаживаются, не успевая за верхними слоями. Скорость распространения таких волн определяется только глубиной. Расчёт даёт формулу, по которой можно рассчитать скорость волн на «мелкой» воде: υ = √gH

Цунами бегут со скоростью, которая уменьшается с уменьшением глубины океана. Это означает, что их длина должна меняться при подходе к берегу.

Также при торможении придонных слоёв растёт амплитуда волн, т.е. увеличивается потенциальная энергия волны. Дело в том, что уменьшение скорости волны приводит к уменьшению кинетической энергии, и часть её превращается в потенциальную энергию. Другая часть уменьшения кинетической энергии тратится на преодоление силы трения и превращается во внутреннюю. Несмотря на такие потери, разрушительная сила цунами остаётся огромной, что, к сожалению, нам приходится периодически наблюдать в различных районах Земли.

 

Почему при подходе цунами к берегу растёт амплитуда волн?

1) скорость волны увеличивается, внутренняя энергия волны частично превращается в кинетическую энергию

2) скорость волны уменьшается, внутренняя энергия волны частично превращается в потенциальную энергию

3) скорость волны уменьшается, кинетическая энергия волны частично превращается в потенциальную энергию

4) скорость волны увеличивается, внутренняя энергия волны частично превращается в потенциальную энергию

 

Движения частицы воды в цунами являются

1) поперечными колебаниями

2) суммой поступательного и вращательного движения

3) продольными колебаниями

4) только поступательным движением

 

Что происходит с длиной волны цунами при подходе к берегу? Ответ поясните.

 

Слух человека

Самый низкий тон, воспринимаемый человеком с нормальным слухом, имеет частоту около 20 Гц. Верхний предел слухового восприятия сильно различается у разных людей. Особое значение здесь имеет возраст. В восемнадцать лет при безупречном слухе можно услышать звук до 20 кГц, но в среднем границы слышимости для любого возраста лежат в интервале 18 — 16 кГц. С возрастом чувствительность человеческого уха к высокочастотным звукам постепенно падает. На рисунке приведен график зависимости уровня восприятия звука от частоты для людей разного возраста.

Чувствительность уха к звуковым колебаниям различных частот неодинакова. Оно

особенно тонко реагирует на колебания средних частот (в области 4000 Гц). По мере

уменьшения или увеличения частоты относительно среднего диапазона острота слуха

постепенно снижается.

Человеческое ухо не только различает звуки и их источники; оба уха, работая вместе,

способны довольно точно определять направление распространения звука. Поскольку

уши расположены с противоположных сторон головы, звуковые волны от источника

звука достигают их не одновременно и воздействуют с разным давлением. За счет

даже этой ничтожной разницы во времени и давлении мозг довольно точно определяет

направление источника звука.

Восприятие звуков различной громкости и частоты в 20-летнем и 60-летнем возрасте

Имеются два источника звуковой волны:

А. Звуковая волна частотой 100 Гц и громкостью 10 дБ.

Б. Звуковая волна частотой 1 кГц и громкостью 20 дБ.

Используя график, представленный на рисунке, определите, звук какого источника

будет услышан человеком.

1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б

 

Какие утверждения, сделанные на основании графика (см. рисунок), справедливы?

А. С возрастом чувствительность человеческого слуха к высокочастотным звукам

постепенно падает.

Б. Слух гораздо чувствительнее к звукам в области 4 кГц, чем к более низким или

более высоким звукам.

1) только А 2) только Б 3) и А и Б 4) ни А ни Б

 

Всегда ли можно точно определить направление распространения звука и

положение его источника? Ответ поясните.