Тепловое расширение твёрдых тел — задача с подробным решением
📋 Условие задачи
Балалайку настроили в теплом помещении, а затем вынесли на улицу в морозный день. Звучание балалайки изменилось. Благодаря какому явлению наблюдалось изменение звучания? 1) малая сжимаемость твердых тел 2) тепловое расширение/сжатие твердых тел 3) тепловое равновесие твердых тел 4) передача давления твердыми телами
💡 Ключевая идея: Изменение температуры меняет размеры твёрдых тел, а значит и натяжение струн, от которого зависит высота звука.
📖 Пошаговое решение
1
Шаг 1: Определяем, что именно изменилось в балалайке. Звучание музыкального инструмента зависит от натяжения струн. Если звук стал другим, значит изменилось натяжение струн или их длина.
2
Шаг 2: Вспоминаем, что на струны и корпус влияет температура. При выносе из тепла на мороз все детали балалайки (струны и деревянный корпус) охлаждаются. Твердые тела при охлаждении сжимаются — это явление называется тепловым сжатием.
3
Шаг 3: Из-за сжатия длина и натяжение струн меняются (металл струн сжимается сильнее дерева), частота колебаний струн становится другой, и мы слышим изменение звучания. Следовательно, причина — тепловое расширение/сжатие твердых тел.
Ответ
2
⚠️ Типичные ошибки
Ошибка 1: Выбор ответа «тепловое равновесие». Ученик думает, что раз стало холодно, то это связано с равновесием температур, но тепловое равновесие — это состояние, когда тела имеют одинаковую температуру, а не причина изменения размеров.
Ошибка 2: Выбор ответа «передача давления твёрдыми телами». Давление передаётся, но это не объясняет, почему именно изменился звук: звук зависит от натяжения, которое меняется из-за сжатия материала при охлаждении.
❓ Частые вопросы
Почему из-за холода струны растягиваются или сжимаются?
При охлаждении металл струн сжимается (укорачивается), но так как концы закреплены, в струне растёт напряжение. Итоговое натяжение и частота звука увеличиваются.
А разве дерево корпуса не сжимается тоже?
Сжимается, но у дерева и металла разные коэффициенты теплового расширения: металл «садится» сильнее, что и приводит к изменению натяжения струн.
Есть похожая задача?
Загрузи фото домашнего задания — Nebula разберёт с тобой по шагам.
Не даёт готовые ответы: учит понимать и думать самостоятельно.