Разделы 
Дополнительно
Задача по физике - 5535
2017-12-02 
Во время грозы расстояние от себя до места, где ударила молния, можно примерно определить таким способом.
Сразу, как сверкнёт молния, начать считать секунды: «раз, два, три, четыре,. . . », до тех пор, пока не прогремит гром. Последнее названное число разделить на 3 — получится примерное расстояние в километрах от места наблюдения до места удара молнии.
На чём основан этот способ и почему нужно делить именно на 3? Почему этот способ не очень точный? (Перечислите основные причины.)
Решение:
После удара молнии свет вспышки доходит до нас практически мгновенно (скорость света $ = 299 792,458 км/с$), а скорость звука в воздухе: при температуре $0^{ \circ} С$ - $u \approx 331 м/с = \frac{1}{3,021 \cdots} км/с \approx \frac{1}{3} км/с$
при температуре $20^{ \circ} С$ — $u \approx 343 м/с = \frac{1}{2,915 \cdots} км/с \approx \frac{1}{3} км/с$.
В интервале температур воздуха $0^{ \circ} C - 20^{ \circ} C$ (во время грозы температура воздуха обычно лежит в этих пределах) можно считать, что за 1 секунду звук проходит $\frac{1}{3} км$, за 3 секунды—1 км. Поэтому, чтобы узнать количество километров, количество секунд нужно делить на 3.
Причины ошибок:
1) неточное измерение промежутка времени («раз, два, три,... »);
2) использованное приближённое значение скорости звука;
3) скорость звука в воздухе зависит от температуры, влажности, присутствия капель воды и др. причин, которые могут меняться (особенно во время грозы);
4) в месте прохождения канала молнии возникают ударные волны, которые распространяются по воздуху быстрее звуковых и на некотором расстоянии (пока не затухнут и не превратятся в звуковые) именно они определяют время, через которое прогремит гром;
5) звук возникает не только в месте попадания молнии в землю, но и по всей длине канала прохождения электрического разряда, которая может составлять несколько километров — сначала мы можем услышать звук, пришедший от какой-нибудь промежуточной точки, а не от места попадания в землю;
6) звук от места попадания молнии в землю мы можем вообще не услышать (например, если молния попала в лес или за возвышением), а услышим только гром, дошедший до нас от какой-то другой точки молнии, возможно, ещё и не по прямой, а в результате нескольких отражений.
Если провести более точную оценку, окажется, что причины 1 и 2 не являются главными, т. е. увеличение точности отсчёта времени и использование в расчётах более точного (чем $\frac{1}{3}$ км/с) значения скорости звука в воздухе не увеличивают точность окончательного результата. А вот для того, чтобы узнать, приближается к нам гроза или, наоборот, удаляется — описанный способ вполне годится.
Во время грозы расстояние от себя до места, где ударила молния, можно примерно определить таким способом.
Сразу, как сверкнёт молния, начать считать секунды: «раз, два, три, четыре,. . . », до тех пор, пока не прогремит гром. Последнее названное число разделить на 3 — получится примерное расстояние в километрах от места наблюдения до места удара молнии.
На чём основан этот способ и почему нужно делить именно на 3? Почему этот способ не очень точный? (Перечислите основные причины.)
Решение:
После удара молнии свет вспышки доходит до нас практически мгновенно (скорость света $ = 299 792,458 км/с$), а скорость звука в воздухе: при температуре $0^{ \circ} С$ - $u \approx 331 м/с = \frac{1}{3,021 \cdots} км/с \approx \frac{1}{3} км/с$
при температуре $20^{ \circ} С$ — $u \approx 343 м/с = \frac{1}{2,915 \cdots} км/с \approx \frac{1}{3} км/с$.
В интервале температур воздуха $0^{ \circ} C - 20^{ \circ} C$ (во время грозы температура воздуха обычно лежит в этих пределах) можно считать, что за 1 секунду звук проходит $\frac{1}{3} км$, за 3 секунды—1 км. Поэтому, чтобы узнать количество километров, количество секунд нужно делить на 3.
Причины ошибок:
1) неточное измерение промежутка времени («раз, два, три,... »);
2) использованное приближённое значение скорости звука;
3) скорость звука в воздухе зависит от температуры, влажности, присутствия капель воды и др. причин, которые могут меняться (особенно во время грозы);
4) в месте прохождения канала молнии возникают ударные волны, которые распространяются по воздуху быстрее звуковых и на некотором расстоянии (пока не затухнут и не превратятся в звуковые) именно они определяют время, через которое прогремит гром;
5) звук возникает не только в месте попадания молнии в землю, но и по всей длине канала прохождения электрического разряда, которая может составлять несколько километров — сначала мы можем услышать звук, пришедший от какой-нибудь промежуточной точки, а не от места попадания в землю;
6) звук от места попадания молнии в землю мы можем вообще не услышать (например, если молния попала в лес или за возвышением), а услышим только гром, дошедший до нас от какой-то другой точки молнии, возможно, ещё и не по прямой, а в результате нескольких отражений.
Если провести более точную оценку, окажется, что причины 1 и 2 не являются главными, т. е. увеличение точности отсчёта времени и использование в расчётах более точного (чем $\frac{1}{3}$ км/с) значения скорости звука в воздухе не увеличивают точность окончательного результата. А вот для того, чтобы узнать, приближается к нам гроза или, наоборот, удаляется — описанный способ вполне годится.
