Решение

Городская олимпиада (3-й этап) 2008 10 класс № 3
  1. Поскольку по условию толщины слоев намного большие, чем расстояние от места взрыва до приемника, то углы падения звуковых волн на границу раздела слоев можно считать малыми.
    Рассмотрим возможные пути распространения звука от места взрыва до приемника (см. рисунок):
  1. Без отражений (вблизи земной поверхности). Время, за которое звук дойдет до приемника, равно
  2. Отражение от первой границы. Угол падения на границу равен углу отражения.
    Путь, пройденный звуком, равен

    при этом сам угол падения

    откуда время распространения звукового сигнала от места взрыва до приемника равно
  3. Отражение от второй границы. Угол падения связан с углом преломления законом преломления

    который ввиду малости углов можно записать, как

    откуда

    Кроме того, горизонтальное смещение звукового луча до точки отражения равно

    Из (7) и (8) находим значения углов



    Пусть луч прошел расстояние в первой среде и во второй. Эти расстояния можно выразить через толщины слоев и и углы и :

Время распространения звукового сигнала от места взрыва до приемника равно

  1. Отражение от третьей границы. Угол падения связан с углом преломления и углом преломления законом преломления

который ввиду малости углов можно записать, как

откуда

Кроме того, горизонтальное смещение звукового луча до точки отражения равно

Из (16), (17) и (18) находим значения углов

Время распространения звукового сигнала от места взрыва до приемника равно

В моменты времени к приемнику придут звуковые волны от взрыва и на графике зависимости регистрируемой приемником громкости звука от времени появятся максимумы. Поскольку, звуковая мощность при каждом отражении от границ слоев теряется, то амплитуда второго максимума будет меньше, чем первого и т.д. Примерный график зависимости громкости звука от времени представлен на рисунке.

  1. Согласно формуле (4) время прихода сигналов к приемникам линейно зависят от .

Таким образом, график зависимости времени прихода звуковых волн от будет представлять собой прямую, точка пересечения с вертикальной осью которой даст значение

а тангенс угла наклона

(те, кто знает метод наименьших квадратов, могут им воспользоваться).

Аналогично для зависимостей моментов времени и от :

Значения времен прихода сигналов в зависимости от приведены в таблице и на графиках. Момент времени прихода сигнала находится по максимуму громкости.

, м , м , мс , мс , мс
20 400 428,6 771,4 1052,1
40 1600 429,0 771,6 1052,2
60 3600 429,6 772,0 1052,5
80 6400 430,2 772,5 1052,8
100 10000 431,2 773,2 1053,1

Значения параметров (31)

ммм

Значения толщин слоев и скоростей звука находятся из системы уравнений (25)-(30):

Из (32)-(37) получаем

с

с

Толщины слоев и скорости звука в них определены неточно – случайные факторы вносят погрешность и на графиках громкости, регистрируемой приемником, присутствует шум. Вероятнее всего, земные породы расположены так: 1 – песок, 2 – глина, 3 – железная руда.