TREŚĆ:

Zadanie 3.

Fale dźwiękowe o dużych częstotliwościach (np. ultradźwięki) mogą w ośrodkach rozchodzić się w postaci wąskich wiązek. Gdy wiązka fali ultradźwiękowej pada na granicę dwóch ośrodków, to – w zależności m.in. od kąta padania na tę granicę – może częściowo wniknąć do drugiego ośrodka i częściowo się odbić od granicy albo może całkowicie się odbić od granicy ośrodków. 

W zadaniu przyjmij, że:

• wartość prędkości dźwięku w powietrzu jest równa $v_p=340\frac{\text{m}}{\text{s}}$
• wartość prędkości dźwięku w wodzie jest równa $v_w=1450\frac{\text{m}}{\text{s}}$.

 

Zwróć uwagę na to, że wartość prędkości dźwięku w wodzie jest większa od wartości prędkości dźwięku w powietrzu.

Zadanie 3.2.

Rozważamy wiązkę ultradźwięków, która biegnie w powietrzu i pada na taflę wody pod kątem ${\alpha }_p=45^{\circ }$. Tylko jeden z rysunków A–C prawidłowo przedstawia dalszy bieg tej wiązki ultradźwięków od granicy powietrze – woda. Kreską przerywaną oznaczono linie pomocnicze.

Ustal dalszy bieg wiązki ultradźwięków od granicy powietrze – woda. Wykorzystaj odpowiednie prawa / zależności fizyczne i wykonaj niezbędne obliczenia, które doprowadzą do tego ustalenia. 

Następnie zaznacz rysunek (spośród A–C), na którym prawidłowo przedstawiono dalszy bieg wiązki ultradźwięków od granicy powietrze – woda.

---

ROZWIĄZANIE:

 Uzasadnienie: 

Naszym celem jest stwierdzenie, który rysunek prawidłowo przedstawia bieg wiązki ultradźwiękowej. Wiemy, że są dwie możliwości - fala częściowo przejdzie a częściowo się odbije lub całkowicie się odbije.

W obu przypadkach powstaje fala odbita i zgodnie z prawem odbicia, kąt odbicia musi być taki sam jak kąt padania, czyli $45^{\circ }$.

Zatrzymajmy się teraz na chwilę i porównajmy falę świetlną z falą dźwiękową. Zarówno fala świetlna, jak i fala dźwiękowa są falami, które mogą ulegać zjawisku załamania opisanemu przez prawo Snelliusa. Istnieją jednak istotne różnice między nimi.