Добавил:
Nemo_Nemorino
Опубликованный материал нарушает ваши авторские права? Сообщите нам.
Вуз:
Предмет:
Файл:Підручники / Фізика 9 клас / НУШ / Фізика 9 клас Бар'яхтар 2026 рік НУШ
.pdf
Розділ 3. МЕХАНІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
А ЯК НАСПРАВДІ?
У соціальній мережі хлопці обговорювали таке питання: «Блискавка
триває частки секунди, а чому тоді грім гримить набагато довше?».
Один з дописувачів пояснював це так: «Тривалість грому за-
лежить від довжини блискавки. Якщо припустити, що блискавка
має довжину 3–5 км, то прості розрахунки переконують, що звуку потрібно
набагато більше часу, щоб досягти поверхні землі від верхньої частини
блискавки, ніж від нижньої».
Інший дописувач наполягав на такому варіанті: «Я впевнений, що здебільшого тривалість грому — це час, протягом якого ми чуємо відлуння звуку
від землі, дерев, будинків тощо навколо нас».
А з ким згодні ви? Чи причина довгої тривалості грому взагалі інша?
5. Інфразвук і ультразвук
Звукові хвилі, частота яких менша за 16 Гц, називають інфразвуковими
(від латин. infra — нижче, під).
Інфразвукові хвилі виникають під час роботи деяких механізмів,
у разі вибухів, обвалів, під час шторму, землетрусу тощо.
Інфразвук є дуже небезпечним
для тварин і людини: він може викликати симптоми морської хвороби, запаморочення, засліплення, спричинити підвищену агресивність. У разі тривалої дії інтенсивне ін фразвукове
випромінювання може призвести до зупинки серця. При цьому людина
навіть не розуміє, що відбувається, адже вона не чує інфразвук.
Звукові хвилі, частота яких перевищує 20 кГц, називають ультразвуковими
(від латин. ultra — понад, за межами).
Ультразвук наявний у шумі вітру та водоспаду,
у звуках, які видають деякі живі істоти. Ультра звук
до 100 кГц сприймають багато комах і гризунів
(рис. 18.7); уловлюють такі коливання й собаки. Цікаво, що діти, на відміну від дорослих, також чують
ультразвукові сигнали (до 24 000 Гц).
Деякі істоти застосовують ультразвук для орієнтації
Рис . 18. 7.
Ультразвуковий
випромінювач
для відлякування
комах
або полювання. Наприклад, кажани й дельфіни випромінюють ультразвук і сприймають його відлуння, завдяки чому вони навіть у повній темряві можуть знайти
дорогу або спіймати здобич. Кажуть, що в таких випадках тварини користуються ехолокацією (
рис. 18.8).
138
§ 18. Звукові хвилі. Інфразвук і ультразвук
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
Ехолокація — спосіб виявлення й отримання інформації про об’єкт за допомогою
відлуння.
Люди застосовують ехолокацію в різних
галузях, причому найчастіше для ехолокації
використовують саме ультразвук.
У медицині ехолокація (ультразвукове
дослідження) дає змогу «побачити» ще не народжену дитину, дослідити стан внутрішніх
органів, виявити сторонні тіла в тканинах.
Ультра звуком знезаражують хірургічні інструменти, ліки тощо. Лікування за допомогою ультразвуку іноді дозволяє уникнути
хірургічних операцій.
У техніці ехолокацію застосовують для
виявлення дефектів у виробах, вимірювання
глибин морів і океанів,
оброблення міцних
матеріалів, очищення поверхонь від забруднень тощо.
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
Вуха кажана
сприймають
відлуння
Кажан
випромінює
ультразвук
Звук
відбивається
від комахи
Рис. 18.8. Під час полювання
кажани «застосовують»
ехолокацію
Швидкість поширення
звуку залежить від
властивостей середо-
вища (температури, гус-
тини, складу, вологості,
агрегатного стану).
Звук — фізичне явище, яке являє собою механічну
хвилю (зазвичай поздовжню) певної частоти.
9 Джерело звуку — тіло, що коливається.
9 Тон звук у визначається частотою звукової хвилі.
9
Гучність звуку визначається насамперед амплітудою
звукової хвилі.
Основні види звукових хвиль
Інфразвук Чутний звук Ультразвук
звук частотою
до
16 Гц
звук частотою
від 16
до 20 000 Гц
Ехолокація — спосіб
виявлення й отримання
інформації про об’єкт
за допомогою відлуння.
звук частотою
понад
20 000 Гц
139
Розділ 3. МЕХАНІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. Що таке звук? 2. Наведіть приклади джерел і приймачів
зву ку. 3. Чому джерело звуку випромінює звук? 4. Від чого
залежить швидкість поширення звуку? 5. Якою фізичною величиною визначається висота тону? 6. Чим визначається гучність звуку?
7. Наслідком якого явища є відлуння? 8. Що таке інфра звук? Як
він впливає на людину? 9. Що таке ультра звук? Наведіть приклади
застосування ультразвуку. 10. Що таке ехолокація?
ВПРАВА № 18
1. Чому метелика, що летить, не чути, а дзижчання комара
чути?
2. Яка довжина звукової хвилі частотою 4 кГц в повітрі; воді; сталі?
3. Чому музика, голоси співаків і співачок по-різному звучать у по-
рожній залі й у залі, заповненій публікою?
4. За допомогою ультразвуку вимірювали глибину
моря (див. рисунок). Сигнал, відбитий від морського дна, зафіксовано через 4 с після відправлення. Яка глибина моря в місці вимірювання?
Скільки коливань здійснює джерело звуку за
5.
5 с, якщо довжина хвилі в повітрі дорівнює 1 м?
6.
Швидкість поширення звуку в металі
першим визначив французький фізик
тист Біо
(1774–1862). Він використав чавун-
Жан-Ба-
ну трубу паризького водогону (завдовжки
951 м). Коли по одному кінцю труби вдаряли
молотком, то з другого кінця чули подвійний
удар. На скільки секунд звук, який ішов
чавуном, обганяв звук, що йшов повітрям?
Запропонуйте метод вимірювання швидкості
7.
поширення звуку в повітрі. Дізнайтеся, який
метод використовували вчені для вимірювання
цієї швидкості. Чи збіглися ці методи?
Дізнайтеся, де використовують ультразвук.
8.
9. Дізнайтеся про вплив шуму на здоров’я людини.
Як максимально зменшити шкідливу дію шуму?
Ключові терміни
Звукові хвилі • Чутний звук • Інфразвук • Ультразвук • Відлуння
• Ехолокація
§ 19. Електромагнітне поле таелектромагнітні хвилі
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
§ 19. ЕЛЕКТРОМАГНІТНЕ ПОЛЕ
ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
ПИТАННЯ ДЛЯ ОБГОВОРЕННЯ. Згадайте, як давні люди отримували та передавали
інформацію. Чи могли вони, перебуваючи на далеких відстанях одне від одного, миттєво
>
дізнатися певні відомості? Як мрії про швидке передавання інформації відбивались
у легендах і казках? Чи справдилися мрії наших предків? Завдяки яким відкриттям?
1. Як було створено теорію
електромагнітного поля?
Перш за все згадаймо: існують два види
матерії — речовина і поле. Обидва існують
реально.
Минулого навчального року ви дізналися про
електричне поле, цього року — про магнітне
поле. Ви також з’ясували, що магнітне поле, яке
змінюється, не тільки діє на рухомі заряджені
частинки та намагнічені тіла, а й створює
електричне поле. Адже саме тому в замкненій
котушці виникав електричний струм у дослідах
Майкла Фарадея (рис. 19.1).
Джеймс Максвелл (рис. 19.2) висунув гіпо-
тезу про те, що не тільки змінне магнітне поле
створює електричне поле, а й
поле створює магнітне поле.
було підтверджено експериментально. Отже,
електричні та магнітні поля завжди існують
разом. Тобто існує єдине електромагнітне поле,
а електричне та магнітне поля — це два складники (дві форми прояву) електромагнітного поля.
змінне електричне
Згодом цю гіпотезу
Рис. 19.1. Майкл Фарадей (1791–1867) — англійський фізик, засновник
учення про поле
rnk.com.ua/
1142 30
Електромагнітне поле — вид матерії, за допомогою якого здійснюється взаємодія між
зарядженими тілами, зарядженими частинками
й намагніченими тілами.
Рис. 19.2. Джеймс Клерк
Максвелл (1831–1879) —
англійський фізик і математик, творець класичної
електродинаміки
141
Розділ 3. МЕХАНІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
Дехто з вас може не погодитися з висновком Максвелла, адже добре знає, що,
наприклад, біля нерухомого зарядженого
тіла існує тільки електричне поле, а біля
нерухомого постійного магніту — тільки
магнітне поле. Проте згадайте: рух і спокій залежать від вибору системи відліку.
Уявіть, що ви, тримаючи в руках за-
ряджену кульку, йдете до своєї подруги
Рис. 19.3. У системі відліку,
пов’язаній із хлопчиком, виявляється лише електричний складник електромагнітного поля.
У системі відліку, пов’язаній із
дівчинкою, виявляються обидва
складники — і електричний,
і магнітний
(рис. 19.3). Якби людина мала здатність
завжди виявляти електромагнітне поле,
то в цьому випадку ви «бачили» б тільки
один його складник — електричне поле,
оскільки відносно вас заряд є нерухомим.
Водночас ваша подруга «бачила» б і електрич не поле, і магнітне, тому що відносно
неї заряд рухається й електричне поле
Якщо ваша подруга
візьме магніт і понесе
його від вас, хто
з вас «виявить» тільки
магнітне поле, а хто —
і магнітне, і електричне?
змінюється.
2. Як утворюються
електромагнітні хвилі?
Дж. Максвелл, проаналізувавши відкриті ним закони електродинаміки, суто
математично отримав фантастичний на
той час висновок: у природі мають існувати електромагнітні хвилі.
Електромагнітна хвиля — це поширення
в просторі коливань електромагнітного
поля.
i
I
max
O
–I
max
Рис. 19.4. Змінний струм —
це струм, сила якого періодично
змінюється: із часом значення
сили струму то збільшується,
то зменшується; змінюється
й напрямок струму
T
Спробуємо уявити, як утворюється та поширюється електромагнітна хвиля. Візьмемо провідник, у якому тече змінний
струм (рис. 19.4). Як відомо, біля будь-яко-
t
го провідника зі струмом існує магнітне
поле. Магнітне поле, створене змінним
струмом, теж є змінним. Згідно з теорією
Максвелла змінне магнітне поле має створити електричне поле, яке теж буде змінним. Змінне електричне поле створить
змінне магнітне й т. д. Отже, одержимо
поширення коливань електромагнітного
142
Змінне електричне поле
Змінний
електричний
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
§ 19. Електромагнітне поле таелектромагнітні хвилі
I
струм
Рис. 19.5. Схематичне зображення механізму розповсюдження електромагнітної хвилі
Змінне магнітне поле
поля — електромагнітну хвилю (рис. 19.5). Частота ν цієї хвилі дорів-
нює частоті, з якою змінюється сила струму в провіднику, а провідник
зі змінним струмом є джерелом електромагнітної хвилі.
Аналогічно до того, як механічна хвиля може відірватися від свого
джерела (згадайте поширення хвилі від кинутого у воду камінця), електромагнітна хвиля теж може відірватися від свого джерела й почати
самостійно розповсюджуватись у просторі.
Відповідно до теорії Максвелла джерелом електромагнітної хвилі
може бути будь-яка заряджена частинка, що рухається з прискоренням (тобто частинка, яка весь час змінює швидкість свого руху або
за значенням, або за напрямком, або одночасно і за значенням, і за
напрямком). Якщо ж частинка нерухома або рухається з незмінною
швидкістю, біля неї існує електромагнітне поле, але електромагнітну
хвилю частинка не випромінює.
Випромінюванням електромагнітних хвиль супроводжуються й деякі
процеси, що відбуваються всередині молекул, атомів, ядер атомів (теорія
таких процесів — квантова теорія — була створена у ХХ ст.).
ЧИ ЗНАЄТЕ ВИ, ЩО...
Цікаво, що деякі електромагнітні хвилі «подорожують»
у Всесвіті майже з початку його виникнення! Ідеться про космічне фонове випромінювання, або
(від латин.
передбачено 1948 р. українським та американським фізиком-теоретиком
(1904–1968), а експериментально підтверджено 1965 р. Вважається, що реліктове випромінювання зародилося невдовзі після Великого
вибуху (за 380–400 тис. років), збереглось
у Всесвіті й рівномірно його заповнює. Реліктове випромінювання розглядають як один
з основних доказів теорії Великого вибуху.
relictum
— залишок), існування якого було теоретично
Георгієм Гамовим
реліктове випромінювання
143
Розділ 3. МЕХАНІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
3. Властивості електромагнітних хвиль
Електромагнітна хвиля, як і механічна, характеризується часто-
тою (ν), довжиною (l) і швидкістю поширення (v). Так само, як у ви-
падку з механічними хвилями, ці величини пов’язані формулою хвилі:
v = lν
Але, на відміну від механічних хвиль, для поширення електромаг-
нітних хвиль не потрібне середовище. Навпаки, найкраще й най швидше
електромагнітні хвилі поширюються у вакуумі. Дж. Максвелл теоретично
обчислив швидкість поширення електромагнітної хвилі у вакуумі й з по-
дивом виявив, що отримане значення збігається зі значенням швидкості
світла у вакуумі (на той час воно вже було виміряне експериментально):
м
vc==⋅310
Дж. Максвелл висунув слушне й сміливе на той час припущення:
світло є різновидом електромагнітних хвиль (
8
с
рис. 19.6).
Рис. 19.6. Світло — електромагнітні хвилі. Частота цих хвиль змінюється приблизно
від 4 ⋅ 1014 Гц (червоний колір) до 7,5 ⋅ 1014 Гц (фіолетовий колір)
У вакуумі — і тільки в ньому — всі електромаг-
нітні хвилі поширюються з однаковою швидкістю
(її позначають символом c), тому для вакууму
довжина і частота електромагнітної хвилі пов’язані
формулою:
У разі переходу з одного середо вища в інше
швидкість поширення електромагнітної хвилі
змінюється, змінюється й дов жина хвилі, а от
Рис. 19.7. Генріх
Рудольф Герц
(1857–1894) —
німецький фізик,
один із засновників
електродинаміки
частота залишається незмінною. У повітрі швидкість поширення електромагнітних хвиль майже
та сама, що й у вакуумі.
Теорію електромагнітного поля Максвелла було
підтверджено експериментально 1887 р., через
15 років після створення: Генріх Герц (рис. 19.7)
144
c = lν
§ 19. Електромагнітне поле таелектромагнітні хвилі
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
продемонстрував випромінювання та приймання електромагнітних
хвиль. Герц не лише отримав електромагнітні хвилі, а й вивчив їхні
властивості. Він установив, що електромагнітні хвилі:
відбиваються від провідних предметів (кут відбивання дорівнює куту
па діння);
змінюють напрямок (заломлюються) на межі з діелектриком;
частково поглинаються речовиною і частково розсію ються нею та ін.
Усі ці явища зумовлені дією електромагнітного поля на заряджені
частинки в речовині. Наприклад, якщо електромагнітна хвиля падає
на поверхню металу, то на вільні електрони діє змінне електричне
поле (електричний складник електромагнітної хвилі). Унаслідок цієї дії
в поверхневому шарі металу виникають змінні електричні струми, які
й випромінюють відбиту електромагнітну хвилю.
ДОСЛІДЖЕННЯ
Що знадобиться: мобільний телефон; бездротові
навушники; харчова фольга; аркуші паперу.
Увімкніть у телефоні музику та слухайте її в навушниках. Не вимикаючи музику, обережно загорніть телефон у 3–4 шари фольги. Музика зникне.
Розгорніть фольгу й знову почуйте музику. Повторіть
дослід, замінивши фольгу на папір. Яку властивість
електромагнітних хвиль підтверджує цей дослід?
А ЯК НАСПРАВДІ?
— Не розумію, чому ви кажете, що земля є провідником? — запита-
ла Тетяна вчителя. — Адже провідник не пропускає електромагнітні
хвилі, ми щойно в цьому переконалися. Але коли ми їхали довгим
тунелем, мій смартфон добре працював.
— Так, у тунелі телефон працює, — додав Антон. — А от коли ми з татом
спускалися в печеру, зв’язку не було зовсім. Може, деякі породи добре
проводять струм, а інші — погано?
Що, на вашу думку, відповів учитель?
Розділ 3. МЕХАНІЧНІ ТА ЕЛЕКТРОМАГНІТНІ ХВИЛІ
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
ПІДБИВАЄМО ПІДСУМКИ
Електромагнітне поле — вид матерії, за допомогою
якого здійснюється взаємодія між зарядженими
тілами, зарядженими частинками й намагніченими тілами.
Форми прояву електромагнітного поля
Електричне поле Магнітне поле
9
Магнітне поле, що змінюється, створює електричне поле, а електричне поле, що змінюється,
створює магнітне поле.
9
Під час збурення електромагнітного поля
утворюється електромагнітна хвиля.
Електромагнітна хвиля — це поширення в просторі
коливань електромагнітного поля.
Властивості
електромагнітних
хвиль:
9 відбиваються від
провідних предметів;
9 заломлюються на
межі з діелектриком;
9 поширюються
у вакуумі
з однаковою
швидкістю:
c = 3 ∙ 108 м/с.
швидкість
поширення
хвилі
швидкість
поширення
хвилі
Для вакууму
c = lν
довжина
хвилі
Для середовища
v = lν
довжина
хвилі
частота
хвилі
частота
хвилі
КОНТРОЛЬНІ ЗАПИТАННЯ
1. У чому полягає гіпотеза Дж. Максвелла? 2. Дайте означення
електромагнітного поля. 3. Наведіть приклади, що підтверджують відносність електричного та магнітного полів. 4. Як утворюється
електромагнітна хвиля? Які об’єкти можуть її випромінювати? 5. Які
фізичні величини характеризують електромагнітну хвилю? Як вони
пов’язані? 6. Які властивості електромагнітних хвиль установлено
в ході дослідів Г. Герца?
146
§ 19. Електромагнітне поле таелектромагнітні хвилі
© ТОВ Видавництво «Ранок». Всі права захищено.
ВПРАВА № 19
1. Виберіть правильні відповіді із запропонованих.
Електромагніт підіймального крана живиться постійним струмом. Визначте:
і електричне, і магнітне поля; 2) коли електромагніт випромінює
електромагнітні хвилі.
а) у момент замикання кола; б) у момент розмикання кола; в) коли
електромагніт, рухаючись рівномірно, переносить вантаж; г) коли
нерухомий електромагніт тримає вантаж.
Доповніть таблицю, вважаючи, що хвилі поширюються в повітрі.
2.
Джерело хвилі Довжина Частота Швидкість
Провід лінії електропередачі 50 Гц
Радіопередавач 10 см
Інфрачервоний випромінювач 1,5 мкм
3. За рис. 19.6 визначте довжини електромагнітних хвиль для
світла фіолетового та червоного кольорів. Розгляньте випадки, коли
світло поширюється: а) у вакуумі; б) у склі (швидкість поширення
світла у склі зменшується в 1,64 раза для світла червоного кольору,
в 1,67 раза — для світла фіолетового кольору).
Дізнайтеся про винайдення радіо. Зробіть коротке повідомлення.
4.
1) коли електромагніт створює для оператора крана
Ключові терміни
Електромагнітне поле • Електромагнітні хвилі • Швидкість поширення електромагнітних хвиль
ФІЗИКА І ТЕХНІКА В УКРАЇНІ
Борис Павлович Грабовський (1901–1966) — український фізик
івинахідник, творець електронної системи передавання рухомого зображення на відстані (на її принципах працює сучасне
телебачення); син видатного українського поета Павла Грабовського. Перший винахід ученого — катодний комутатор, що
став основою для побудови передавальної телевізійної трубки,
анаступний— проєкт телеустановки, яку автор назвав «радіотелефот». 26 липня 1928 р. в Ташкенті відбувся експеримент, під
час якого вперше у світі за допомогою електронного методу
транслювалося рухоме зображення (обличчя лаборанта). Серед
винаходів Б. П. Грабовського — малолітражний гелікоптер, трикрилий планер,
прилад для орієнтації сліпих і апарат для глухонімих. Запатентовану вченим ідею
отримання катодного променя було успішно використано в Інституті електрозва рювання ім. Є. О. Патона. У Ташкенті 1977 р. засновано Музей електронного
телебачення ім. Б. Грабовського. Музей Бориса Грабовського є також на Сумщині.
147
Соседние файлы в папке НУШ