Lý thuyết Dạng bài tập về phản xạ âm và chống ô nhiễm tiếng ồn

1. Phương pháp giải

Bài toán 1: Bài tập định tính

Vận dụng các kiến thức lý thuyết trọng tâm sau:

- Âm phản xạ là âm dội lại khi gặp một mặt chắn trên đường truyền.

- Tiếng vang hình thành khi âm phản xạ nghe được chậm hơn âm truyền trực tiếp đến tai ít nhất là $\frac{1}{15}$ giây.

- Các vật cứng, phẳng, nhẵn thì phản xạ âm tốt.

- Các vật mềm, xốp, gồ ghề thì phản xạ âm kém.

- Tiếng ồn gây ô nhiễm là tiếng ồn lớn và kéo dài làm ảnh hưởng xấu đến sức khỏe và hoạt động bình thường của con người.

- Các biện pháp chống ô nhiễm tiếng ồn: tác động vào nguồn âm, phân tán âm trên đường truyền, ngăn chặn đường truyền âm.

- Một số ứng dụng của phản xạ âm là: xác định độ sâu của biển; trong y học dùng máy siêu âm để khám bệnh; cá heo, dơi phát ra siêu âm và nhờ phản xạ để tìm thức ăn.

Bài toán 2: Bài tập về sự phản xạ âm

Bước 1: Xác định đường truyền âm và các đại lượng đã biết

Bước 2: Sử dụng các công thức sau để giải bài toán

Trường hợp 1:

Gọi khoảng cách từ nguồn âm tới vật cản là d

Đường truyền âm là s = 2d

$\Rightarrow \mathrm{d}=\frac{\mathrm{s}}{2}=\frac{\mathrm{v}.\mathrm{t}}{2}$

Thời gian nghe thấy âm phản xạ là $\mathrm{t}=\frac{\mathrm{s}}{\mathrm{v}}=\frac{2\mathrm{d}}{\mathrm{v}}$

Trường hợp 2:

Gọi khoảng cách từ nguồn âm tới nơi nhận âm là d

Khoảng cách từ nguồn âm tới vật cản là s

Giả sử nơi nhận âm nhận được hai âm với thời gian chênh lệch là a giây.

Thời gian truyền âm từ nguồn âm tới nơi nhận âm là

${\mathrm{t}}_1=\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{v}}$

Thời gian truyền âm từ nguồn âm tới vật cản và quay lại tới nơi nhận âm là

${\mathrm{t}}_2=\frac{\mathrm{s}+\mathrm{s}-\mathrm{d}}{\mathrm{v}}$

Lại có: ${\mathrm{t}}_2-{\mathrm{t}}_1=\mathrm{a}\Rightarrow \frac{\mathrm{s}+\mathrm{s}-\mathrm{d}}{\mathrm{v}}-\frac{\mathrm{d}}{\mathrm{v}}=\mathrm{a}$

Khoảng cách từ nguồn âm tới nơi nhận âm là: $\mathrm{d}=\frac{2\mathrm{s}-\mathrm{a}.\mathrm{v}}{2}$

2. Ví dụ minh họa

Ví dụ 1: Trường hợp nào sau đây có ô nhiễm tiếng ồn?

A. Tiếng còi xe cứu thương.

B. Loa phát thanh vào buổi sáng.

C. Tiếng sấm dội tới tai người trưởng thành.

D. Bệnh viện, trạm xá cạnh chợ.

Hướng dẫn giải

Đáp án đúng là: D

A, B, C – âm thanh to chỉ phát ra một lúc rồi thôi nên chỉ là tiếng ồn chứ chưa gây ô nhiễm tiếng ồn.

Ví dụ 2: Người ta ứng dụng hiện tượng phản xạ sóng âm để đo độ sâu của biển. Sóng âm có tần số cao (siêu âm) từ con tàu trên mặt biển phát ra truyền tới đáy biển (Hình 14.3). Tại đó sóng âm bị phản xạ trở lại và được một thiết bị trên tàu ghi lại. Trong một phép đo độ sâu của đáy biển người ta ghi lại được từ lúc phát ra siêu âm đến khi nhận được âm phản xạ là 1,2 s. Biết tốc độ truyền âm trong nước biển là 1 500 m/s. Tính độ sâu của đáy biển.

Hướng dẫn giải

Tóm tắt:

t = 1,2 s

v_nước = 1 500 m/s

Hỏi d = ?

Giải:

Quãng đường truyền âm là từ tàu tới đáy biển và từ đáy biển tới tàu: s = 2d

Độ sâu của đáy biển là: $\mathrm{d}=\frac{\mathrm{s}}{2}=\frac{\mathrm{v}.\mathrm{t}}{2}=\frac{1500.1,2}{2}=900\mathrm{m}$

Ví dụ 3: Một người đứng trên mép hòn đảo cách vách núi phía trước 3 000 m, giữa vách núi và hòn đảo có một chiếc tàu thủy neo đậu (Hình 14.2). Khi tàu hú còi, người này nghe thấy hai tiếng còi cách nhau 4 s. Xác định khoảng cách từ tàu tới đảo. Biết tốc độ truyền âm trong không khí là 340 m/s.

Hướng dẫn giải

Tóm tắt:

d_{người đến núi} = 3000 m

t_{từ tàu tới núi tới đảo} - t_{từ tàu tới đảo} = 4 s

v_kk = 340 m/s

Hỏi d_{tàu tới đảo} = ?

Giải:

Người đứng trên đảo nghe thấy hai tiếng còi:

+ Một âm là do âm truyền thẳng từ tàu tới đảo.

+ Một âm là do âm truyền từ tàu tới vách núi rồi phản xạ lại tới đảo

Gọi khoảng cách từ tàu tới đảo là d (m)

$\Rightarrow$Khoảng cách từ tàu tới vách núi là 3000 – d (m)

Thời gian âm truyền thẳng từ tàu đến đảo là

${\mathrm{t}}_1=\frac{\mathrm{d}}{340}$

Thời gian âm truyền từ tàu tới vách núi rồi phản xạ lại tới đảo là

${\mathrm{t}}_2=\frac{3000-\mathrm{d}+3000}{340}=\frac{6000-\mathrm{d}}{340}$

Mà t₂ - t₁ = 4 s

$\Rightarrow \frac{6000-\mathrm{d}}{340}-\frac{\mathrm{d}}{340}=4\Rightarrow \mathrm{d}=2320\mathrm{m}$