Światło i dźwięk
Burza to groźne zjawisko, które budzi i lęk, i zachwyt. Często z podziwem obserwujemy efektowne wzory błyskawic na niebie. Po chwili słyszymy uderzenie gromu. Dlaczego najpierw widzimy błysk pioruna, a dopiero później dociera do nas jego huk?
co to jest fala dźwiękowa;
jak powstaje dźwięk.
wyjaśniać, jaka jest prędkość dźwięku w powietrzu;
tłumaczyć, że nic nie może poruszać się szybciej od światła.
1. Prędkość dźwięku
Wiemy już, że dźwięk jest falą, która może rozchodzić się jedynie w ośrodku zbudowanym z drobin. Prędkość rozchodzenia się dźwięku zależy od tego, jak gęsto ułożone są te drobiny. W powietrzu, tuż nad ziemią, dźwięk przemieszcza się z prędkością 340 m/s (1224 km/h). Potrzebuje więc około 3 sekund na pokonanie kilometra. Wraz ze wzrostem wysokości powietrze staje się coraz bardziej rozrzedzone, dlatego prędkość dźwięku maleje – np. na wysokości 10 km wynosi już tylko 1080 km/h. Za to w wodzie dźwięk pokonuje około półtora kilometra w sekundę!
A co jeśli nie ma ośrodka? Mówimy wówczas, że w danym miejscu panuje próżniapróżnia. Nie ma tam drobin, które przekazując sobie drgania, mogłyby przenosić falę dźwiękową. W takiej sytuacji dźwięk nie może się przemieszczać. Ma to miejsce w przestrzeni kosmicznej – nie słychać tam żadnych dźwięków.
2. Szybciej czy wolniej od światła?
Dlaczego podczas burzy najpierw widzimy błysk, a dopiero potem słyszymy huk? Światło w próżni porusza się z prędkością aż 300 000 km/s! Co więcej, jest to największa prędkość w przyrodzie i żadne ciało nie jest w stanie jej osiągnąć. Gdy światło wnika do atmosfery czy innego ośrodka, nieco zmniejsza prędkość, gdyż w przeciwieństwie do dźwięku najszybciej rozchodzi się w próżni. W powietrzu porusza się więc nieco wolniej – z prędkością 291 tys. km/s. Jest to nadal prędkość o wiele większa od szybkości dźwięku.
Światło potrzebuje ponad sekundę, by dotrzeć z Księżyca do Ziemi, i 8 minut, by przebyć odległość ze Słońca do Ziemi.
Zmierzenie prędkości dźwięku.
latarka,
czerwona folia przepuszczająca światło,
gwizdek (można też użyć gongu),
doświadczenie wykonuje się w parach, na otwartym terenie.
Zaklej latarkę czerwoną przezroczystą folią. Czerwona barwa jest dobrze widoczna nawet z dużej odległości w ostrym słońcu.
Daj koleżance lub koledze gwizdek i latarkę. Odejdźcie na 20 kroków od siebie.
Kiedy znajdziecie się w odpowiedniej odległości, niech osoba, z którą przeprowadzasz obserwację, skieruje latarkę w twoją stronę i włączy ją, gwiżdżąc dokładnie w tym samym momencie. Oceń, czy najpierw słyszysz gwizd, czy widzisz światło.
Oddalcie się na odległość około 300 kroków. Niech koleżanka lub kolega ponownie jednocześnie zagwiżdże i włączy latarkę. Który bodziec dotarł do ciebie pierwszy: świetlny czy dźwiękowy?
W miarę oddalania się koleżanki lub kolegi różnica w prędkości dźwięku i światła staje się coraz bardziej zauważalna.
3. Jak daleko jest burza?
Podczas uderzenia pioruna powietrze bardzo silnie się nagrzewa. Z tego powodu staje się źródłem światła, a także dźwięku. Różnica prędkości dźwięku i światła sprawia, że najpierw widzimy błysk pioruna, a dopiero potem słyszymy grzmot towarzyszący wyładowaniu.
Wykorzystując różnicę prędkości rozchodzenia się światła i dźwięku, możemy w przybliżeniu obliczyć odległość, w jakiej burza znajduje się od miejsca, w którym przebywamy. Gdy zobaczymy błysk pioruna, zaczynamy liczyć, po ilu sekundach dotrze do nas dźwięk grzmotu. Pamiętając o tym, że dźwięk potrzebuje około 3 sekund na pokonanie kilometra, obliczamy, jak daleko jest burza. Jeśli na przykład grzmot dotrze do nas 12 sekund po błysku, to burza znajduje się w odległości 4 km (12 : 3 = 4).
Wyjaśnij, dlaczego aby ocenić w kilometrach naszą odległość od burzy, trzeba podzielić czas między błyskiem a grzmotem przez 3, a nie przez 2 lub 5.
Podsumowanie
Prędkość dźwięku zależy od ośrodka, w którym on się przemieszcza.
Prędkość dźwięku w powietrzu na poziomie morza wynosi 340 m/s.
W próżni dźwięki się nie rozchodzą.
Światło porusza się szybciej niż jakiekolwiek ciało na świecie.
Odpowiedz, w jakiej odległości od obserwatora uderzył piorun, jeżeli dźwięk grzmotu słyszalny był 10 sekund po jego uderzeniu.
Słowniczek
przestrzeń pozbawiona drobin, w której nie rozchodzą się fale dźwiękowe
Zadania
Prędkość światła w próżni wynosi
- 300 000 km/s.
- 1224 km/h.
- 300 000 m/s.
- 1080 km/h.
- 340 km/s
- 1224 km/s
Zaznacz, które zdania są prawdziwe, a które fałszywe.
| Prawda | Fałsz | |
| Prędkość światła w próżni jest największą prędkością w przyrodzie. | □ | □ |
| Im mniej gęsty ośrodek, tym dźwięk porusza się szybciej. | □ | □ |
| Aby obliczyć, w jakiej odległości od obserwatora uderzył piorun, należy podzielić przez 3 czas, jaki upłynął między zauważeniem pioruna a usłyszeniem grzmotu. | □ | □ |
| Nie można poruszać się szybciej od dźwięku. | □ | □ |
| Dźwięk w próżni nie może się przemieszczać. | □ | □ |
Prędkość dźwięku w powietrzu na poziomie morza wynosi
- 1224 km/h.
- 1224 m/s.
- 300 000 km/s.
- 340 m/s.
- 340 km/h.
- 300 km/s.
Uzupełnij zdania tak, by zawierały prawdziwe informacje.
ciało jest większe, wodzie, powietrzu, szkle, rzadziej rozmieszczone są drobiny, szybciej porusza się światło, próżni, w próżni, w powietrzu, gęściej ułożone są drobiny, w świetle, w szkle
Światło najszybciej porusza się w ..................................................................... Dźwięk natomiast porusza się tym szybciej, im .................................................................... , dlatego szybciej porusza się .................................................................... niż w wodzie.