أسئلة نموذجية حول الموجات الميكانيكية

13 مثالاً على الموجات الميكانيكية

1. فرق الطور للموجات المستعرضة

انظر إلى صورة الموجة الجيبية التالية !

إذا كان طول موجة الموجة الجيبية أعلاه 80 سم، فإن النقطة التي يكون فرق الطور فيها ¾ هي...

أ. نقطة مع Q

ب. مع ر

ج. ب مع س

د. ق مع س

E. R مع S

مناقشة

PQ = 3/4 الطول الموجي

PR = 1 1/2 = 1,5 طول موجي

PS = 2 طول موجي

QS = 1 1/4 = 1,25 طول موجي

RS = نصف الطول الموجي

الإجابة الصحيحة هي أ.

2. أنابيب الأرغن المفتوحة والمغلقة

يوجد أنبوبان للأرغن، أحدهما مفتوح والآخر مغلق، وكلاهما متساويان في الطول. إذا كانت سرعة الصوت في الهواء 340 م/ث، فإن نسبة ترددات النغمات التوافقية للأنبوبين المفتوحين إلى ترددات النغمات التوافقية للأنبوبين المغلقين هي...

مناقشة

من المعروف:

طول أنبوب الأرغن المفتوح والمغلق متساوٍ.

سرعة الصوت في الهواء (v) = 340 م/ث

سأل:

الإجابة: مقارنة تردد النغمة التوافقية الثانية (f3 ₎ لأنبوب أرغن مفتوح وآخر مغلق

أنبوب الأرغن المفتوح

الأنبوب المفتوح أو الأنبوب المفتوح هو أنبوب مفتوح الطرفين كما هو موضح في الصورة الجانبية.

الشكل الموجود على اليمين هو رسم بياني للموجات الصوتية في أنبوب أرغن مفتوح، حيث تمثل العقد كثافة الهواء وتمثل البطون توتر الهواء.

الملعب الأساسي (f ₁ ) = v / 2L = 340/2L = 170/L

النغمة التوافقية الثانية (f3 ₎ = 3، f1 ₌ 3، (170/L) = 510/L

أنبوب الأرغن المغلق

الأنبوب المغلق هو أنبوب مفتوح من أحد طرفيه ومغلق من الطرف الآخر، كما هو موضح في الشكل أدناه. إذا كان كلا طرفي الأنبوب مغلقين، فلا يمكن استخدامه.

الشكل الموجود على اليمين هو رسم بياني للموجات الصوتية في أنبوب أرغن مغلق، حيث تمثل العقد كثافة الهواء وتمثل البطون توتر الهواء.

الملعب الأساسي (f ₁ ) = v / 4L = 340/4L = 85/L

النغمة التوافقية الثانية (f3 ₎ = 3، f1 ₌ 3، (85/L) = 255/L

مقارنة تردد النغمة التوافقية الثانية f (f ₃ ) لأنابيب الأرغن المفتوحة والمغلقة

510/لتر : 255/لتر

510: 255

2: 1

3. مستوى شدة الموجة الصوتية

مصدر موجات صوتية بقدرة 12,56 واط يُصدر موجات في الوسط المحيط به بشكل متجانس. عتبة شدة الصوت هي 10⁻¹² ^واط / ^م² . مقدار شدة إشعاع الموجة على بُعد 10 أمتار من المصدر هو...

مناقشة

من المعروف:

القدرة = 12,56 واط

شدة عتبة الصوت (I _o ) = 10 ^-12 واط/م ^-2

المسافة (r) = 10 أمتار

السؤال: مستوى الشدة (TI)

جواب:

صيغة العلاقة بين القدرة (P) والشدة (I) والمسافة (r):

مستوى الشدة (TI):

4. شدة الصوت

يُصدر نظام مكبرات الصوت طاقة صوتية مقدارها 36π واط ومستوى شدة صوت يبلغ 80 ديسيبل عند سماعه على بُعد x من مكبر الصوت. (I₀ ₌ 10⁻¹² ^{واط.م⁻²} ) ^. القيمة الصحيحة لـ x هي...

أ. 100 م

ب. 160 م

ج. 175 م

د. 225 م

هـ. 300 م

مناقشة

من المعروف أن:

القدرة (P) = 36 π واط

مستوى الشدة (TI) = 80 ديسيبل

المسافة = س

الحد الأقصى للسمع البشري (I _o ) = 10 ^-12 واط att.m ^-2

المطلوب: قيمة x

الجواب:

صيغة العلاقة بين القدرة (P) والشدة (I) والمسافة (x):

أولاً، احسب شدة الصوت عند المسافة x:

شدة الصوت:

احسب قيمة x:

الإجابة الصحيحة هي هـ.

5. الموجة المتحركة

سؤال رقم 24 في امتحان الفيزياء الوطني للمرحلتين الإعدادية والثانوية للعام الدراسي 2015/2016

معادلة الموجة المتحركة المعبر عنها في النظام الدولي للوحدات (SI) هي y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)

من العبارات التالية:

(1) سرعة انتشار الموجة 100 متر ^{/ ثانية}

(2) عند x = 0 و t = 0 يكون انحراف الموجة = 0

(3) تردد الموجة 20 هرتز

(4) سعة الموجة 2 سم

أيهما صحيح؟

أ. (1) و (2)

ب. (1) و (3)

ج. (1) و (4)

د. (2) و (4)

هـ. (2) و (3)

مناقشة

ثلاثة أشكال لمعادلات الموجة:

y = A sin (ωt – kx) ——> 1

ω = 2π / T و k = 2π / λ

y = خطيئة (2π/T) t – (2π/π) x

y = A sin 2π (t/T – x/λ) ——-> 2

y = خطيئة 2π (قدم – س/ lect) ——-> 2

T = 1/f و λ = v / f

y = A sin 2π (ft – f(x/v))

y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3

معادلة الموجة المتحركة في السؤال أعلاه هي نفسها معادلة الشكل 2:

ص = 0,2 جا (0,2 πس-20πت)

y = 0,2 sin π (0,2 x-20t)

y = 0,2 sin 2 π (0,1 x-10t)

y = 0,2 sin 2 π (x/10 -10t)

y = A sin 2π (ft – x/λ)

أ = السعة = 0,2 متر = 0,2 × 100 سم = 20 سم

f = التردد = 10 ثانية⁻¹ ⁼ 10 هرتز

λ = الطول الموجي = 10 أمتار

v = سرعة انتشار الموجة = f λ = (10 ثانية⁻¹ ⁾ (10 متر) = 100 متر/ ^{ثانية⁻¹}

الإجابة الصحيحة هي أ.

6. تأثير دوبلر

تتحرك سيارة إسعاف بسرعة 72 كم/ ^ساعة مع تشغيل صفارتها بتردد 1500 هرتز. يتحرك سائق دراجة نارية بسرعة 20 م/ ^ث في الاتجاه المعاكس لسيارة الإسعاف. إذا كانت سرعة الصوت في الهواء 340 م/ ^ث ، فإن نسبة الترددات التي يسمعها سائق الدراجة النارية عند اقترابه من سيارة الإسعاف وابتعاده عنها هي...

أ. 25 : 36

ب. 36 : 49

ج. 64: 81

د. 81: 64

هـ. 100: 61

مناقشة

قواعد اللافتات:

قيمة v موجبة دائمًا

تكون قيمة v _p موجبة إذا اقترب المستمع من مصدر الصوت

تكون قيمة v _p سالبة إذا ابتعد المستمع عن مصدر الصوت

تكون قيمة v _s موجبة إذا كان مصدر الصوت متجهًا بعيدًا عن المستمع

تكون قيمة v _s سالبة إذا كان مصدر الصوت يقترب من المستمع.

v _p = 0 إذا كان المستمع صامتًا

v _s = 0 إذا كان مصدر الصوت صامتًا

من المعروف أن:

تردد مصدر الصوت (f) = 1500 هرتز

سرعة المستمع (v _p ) = 20 م/ث

سرعة مصدر الصوت (v _s ) = 72 كم/ساعة = 72 × (1000 متر) / 3600 ثانية = 72.000 / 3600 متر/ثانية = 20 م/ث

سرعة الصوت (v) = 340 م/ث

سؤال: مقارنة الترددات التي يسمعها سائقو الدراجات النارية عند الاقتراب من سيارة إسعاف والابتعاد عنها

الجواب:

صيغة تأثير دوبلر:

التردد الذي يسمعه سائق الدراجة النارية عند اقترابه من سيارة إسعاف

كلاهما في اتجاهين متعاكسين، لذا عندما تقترب الدراجة النارية من سيارة الإسعاف، فإنهما يقتربان من بعضهما البعض. تكون قيمة v _p موجبة إذا كان المستمع يقترب من مصدر الصوت، وتكون قيمة v _s سالبة إذا كان مصدر الصوت يقترب من المستمع.

التردد الذي يسمعه سائقو الدراجات النارية عند الابتعاد عن سيارة الإسعاف

كلاهما في اتجاهين متعاكسين، لذا عندما تتحرك الدراجة النارية بعيدًا عن سيارة الإسعاف، فإنهما يبتعدان عن بعضهما البعض. تكون قيمة v _p سالبة إذا ابتعد المستمع عن مصدر الصوت، وتكون قيمة v _s موجبة إذا ابتعد مصدر الصوت عن المستمع.

مقارنة الترددات التي يسمعها سائقو الدراجات النارية عند الاقتراب من سيارة الإسعاف والابتعاد عنها.

الإجابة الصحيحة هي د.

شدة الصوت

7. انظر إلى الصورة التالية!

إذا كانت النقطة P مصدرًا للصوت يشع في جميع الاتجاهات، فإن نسبة شدة الصوت عند النقاط S و R و Q على التوالي هي...

أ. 16 : 25 : 100

ب. 16 : 50 : 200

ج. 32 : 50 : 100

د. 36 : 25 : 100

هـ. 72 : 25 : 200

مناقشة

من المعروف أن:

المسافة بين النقطة Q ومصدر الصوت (r_Q) = 3 أمتار

المسافة بين النقطة R ومصدر الصوت (r _R ) = 6 متر

المسافة بين النقطة S ومصدر الصوت (r _S ) = 5 أمتار

شدة الصوت عند النقطة Q = I _Q

شدة الصوت عند النقطة R = I _R

شدة الصوت عند النقطة S = I _S

السؤال: مقارنة شدة الصوت عند النقاط S و R و Q ( I _S : I _R : I _Q )

الجواب:

شدة الصوت عند النقطة S:

شدة الصوت عند النقطة R:

شدة الصوت عند النقطة S:

مقارنة شدة الصوت عند النقاط S و R و Q:

الإجابة الصحيحة هي د.

٨. تنتشر الموجات الصوتية من مصدرها في جميع الاتجاهات بالتساوي. تقع النقطة أ على بُعد P من مصدر الصوت، وتقع النقطة ب على بُعد 2P من مصدر الصوت، وتقع النقطة ج على بُعد 4P من مصدر الصوت. نسبة شدة الصوت التي تستقبلها النقاط أ، ب، وج هي...

أ. 16 : 4 : 1

ب. 4 : 2 : 1

ج. 4 : 1 : 16

د. 1 : 2 : 4

هـ. 1 : 4 : 16

مناقشة

من المعروف أن:

المسافة بين النقطة A ومصدر الصوت (r _A ) = P

المسافة بين النقطة B ومصدر الصوت (r _B ) = 2P

المسافة بين النقطة C ومصدر الصوت (r _C ) = 4P

شدة الصوت عند النقطة أ = I _أ

شدة الصوت عند النقطة ب = I _ب

شدة الصوت عند النقطة ج = _IC

السؤال: مقارنة شدة الصوت عند النقاط أ، ب، ج ₍ أ : _ب : _ج )

الجواب:

شدة الصوت عند النقطة أ:

شدة الصوت عند النقطة ب:

شدة الصوت عند النقطة ج:

مقارنة شدة الصوت عند النقاط أ، ب، وج:

الإجابة الصحيحة هي أ.

9. تأثير دوبلر

تُظهر الصورة التالية سيارة شرطة تطارد مجرماً يقود مركبة آلية:

سيارة شرطة تُطلق صفارات الإنذار بتردد 9.30 هرتز، تطارد دراجة نارية يقودها مجرم ^هارب بسرعة 72 كم/ساعة . تُسرع سيارة الشرطة إلى 108 كم/ساعة ^للحاق بالمجرم. إذا كانت سرعة الصوت في الهواء 340 م/ث ^، فإن تردد صوت صفارة الإنذار الذي يسمعه المجرم على الدراجة النارية هو...

أ. 850 هرتز

ب. 900 هرتز

ج. 960 هرتز

د. 1.020 هرتز

هـ. 1.200 هرتز

مناقشة

قواعد اللافتات:

قيمة v موجبة دائمًا

تكون قيمة v _p موجبة إذا اقترب المستمع من مصدر الصوت

تكون قيمة v _p سالبة إذا ابتعد المستمع عن مصدر الصوت

تكون قيمة v _s موجبة إذا كان مصدر الصوت متجهًا بعيدًا عن المستمع

تكون قيمة v _s سالبة إذا كان مصدر الصوت يقترب من المستمع.

v _p = 0 إذا كان المستمع صامتًا

v _s = 0 إذا كان مصدر الصوت صامتًا

من المعروف أن:

تردد مصدر الصوت (f) = 930 هرتز

سرعة المستمع (v _p ) = 72 كم/س ^-1 = 72 (1000 متر) / 3600 (ثانية) = 72.000/3600 متر/ثانية = 20 م/ث = -20 م/ث ^-1 (سالبة لأن المجرم يبتعد عن الشرطة)

سرعة مصدر الصوت (v _s ) = 108 كم/س ^-1 = 108 (1000 متر) / 3600 (ثانية) = 108.000/3600 متر/ثانية = 30 م/ث = -30 م/ث ^-1 (سالبة لأن الشرطة تقترب من المجرم)

سرعة الصوت (v) = 340 م/ ^ث

المطلوب: تردد الصوت الذي يسمعه المستمع (f')

الجواب:

صيغة تأثير دوبلر:

الإجابة الصحيحة هي ج.

مستوى شدة الصوت

١٠. في قاعة، يتعلم ١٠٠ طالب الغناء. إذا كان مستوى شدة الصوت لأحد الطلاب أثناء الغناء ٤٠ ديسيبل (بافتراض أن المستوى نفسه ينطبق على جميع الطلاب)، فإن شدة الصوت الناتجة في القاعة هي... (I₀ ₌ ١٠⁻¹² ^واط / ^م² )

أ. 10 ^-4 واط/م ^-2

ب. 10 ^-5 واط/م ^-2

ج. 10 ^-6 واط/م ^-2

د. 10 ^-7 واط/م ^-2

هـ. 10 ^-8 واط/م ^-2

مناقشة

من المعروف أن:

مستوى شدة الصوت لطالب واحد (TI ₎ = 40 ديسيبل

شدة عتبة السمع البشري (I _o ) = 10 ^-12 واط/م ²

عدد الطلاب (س) = 100

السؤال: شدة الصوت لـ 100 طالب

الجواب:

شدة الصوت لطالب واحد:

شدة الصوت لطالب واحد:

I _x = (x)(I)

I _x = (100)(10 ^-8 ) = (10 ² )(10 ^-8 )

I _x = 10 ^-6 واط/م ²

الإجابة الصحيحة هي ج.

11. شدة الصوت الصادرة عن 100 آلة متطابقة هي 10⁻⁷ ^واط / ^م² . إذا كانت I₀ ₌ 10⁻¹² ^واط / ^م² ، فإن مستوى شدة الصوت الصادر عن آلة ما هو...

أ. 70 ديسيبل

ب. 60 ديسيبل

ج. 50 ديسيبل

د. 40 ديسيبل

هـ. 30 ديسيبل

مناقشة

من المعروف أن:

شدة الصوت لـ 100 آلة (I _x ) = 10 ^-7 واط.م ^-2

شدة عتبة السمع البشري (I _o ) = 10 ^-12 واط/م ²

عدد الآلات (س) = 100 = 10 ²

السؤال: مستوى شدة الصوت الصادر من آلة (TI)

الجواب:

شدة صوت آلة واحدة:

I _x = (x)(I)

10 ^-7 = (10 ² )( I )

I = 10⁻⁷ ^/ 10² ⁼ ( ^10⁻⁷ )( ^10⁻² ) = ^10⁻⁹

مستوى شدة الصوت الصادر من الآلة (TI):

الإجابة الصحيحة هي هـ.

12. الخصائص العامة للأمواج هي كما يلي:
(1) لا يمكن أن ينتشر في الفراغ
(2) ينتشر بشكل مستقيم في أوساط مختلفة
(3) تجربة التأمل
(4) التعرض للانعراج
(5) التعرض للتداخل

انطلاقاً من خصائص الموجات المذكورة أعلاه، فإن ما يتوافق مع خصائص الموجات الضوئية هو...

أ. (1) و (2) فقط
ب. (3) و (4) فقط
ج. (2) و(3) و(4)
د. (3) و (4) و (5)
هـ. (1)، (3)، (4)، و(5)

مناقشة

(1) الموجات الضوئية هي موجات كهرومغناطيسية لا تحتاج إلى وسط انتشار. ولأنها لا تحتاج إلى وسط انتشار، فإن الموجات الكهرومغناطيسية يمكنها الانتشار في الفراغ.
(2) عندما تنتقل الموجات الضوئية المنتشرة في وسط ما إلى وسط آخر، فإنها تتعرض للانكسار. انكسار الضوء هو انحناء اتجاه انتشار الموجات الضوئية. ويحدث الانكسار نتيجة لاختلاف سرعة الموجات الضوئية في كل وسط.
(3) بالإضافة إلى انكسار الموجات الضوئية، فإنها تتعرض أيضًا للانعكاس. ويُعد انعكاس الضوء بواسطة المرآة المستوية مثالًا على ظاهرة انعكاس الضوء. وبفضل هذه الظاهرة، يُمكن استخدام المرايا المستوية كأدوات تجميل.
(4) لا يقتصر الانعراج على الموجات الكهرومغناطيسية مثل موجات الضوء فحسب، بل يحدث أيضًا بواسطة الموجات الميكانيكية مثل موجات الماء وموجات الصوت.
(5) بالإضافة إلى تعرض الموجات الكهرومغناطيسية مثل موجات الضوء للتداخل، فإن الموجات الميكانيكية مثل موجات الماء أو موجات الحبل أو الموجات الصوتية تتعرض للتداخل أيضًا.
الإجابة الصحيحة هي د.

13. انتبه إلى خصائص الموجة التالية!
(1) التعرض للانعراج
(2) تجربة التأمل
(3) لا يمكن أن ينتشر في الفراغ
(4) يمكن أن تتعرض للاستقطاب
(5) يتحرك بشكل مستقيم عند مروره عبر وسطين مختلفين
من خصائص الموجات المذكورة أعلاه والتي تتوافق مع خصائص الموجات الصوتية...

أ. (1) و (2) و (3)
ب. (1) و (2) و (4)
ج. (1) و(3) و(4)
د. (2) و (3) و (4)
هـ. (3)، (4) و(5)

مناقشة
(1) لا يقتصر الانعراج على الموجات الكهرومغناطيسية مثل موجات الضوء فحسب، بل يحدث أيضًا بواسطة الموجات الميكانيكية مثل الموجات الصوتية.
(2) تتعرض الموجات الكهرومغناطيسية، مثل موجات الضوء، والموجات الميكانيكية، مثل موجات الصوت أو موجات الماء، للانعكاس أو الارتداد. ومن أمثلة انعكاس الموجات الصوتية الصدى.
(3) الموجات الصوتية هي موجات ميكانيكية. الموجات الميكانيكية هي موجات تحتاج إلى وسط ناقل لتنتشر فيه. إذا لم يكن هناك وسط ناقل، كما هو الحال في الفراغ، فلا يمكن للموجات الصوتية أن تنتشر.

(4) تتعرض الموجات المستعرضة، مثل موجات الحبال وموجات سطح الماء، والموجات الكهرومغناطيسية، مثل موجات الضوء، للاستقطاب. أما الموجات الصوتية فهي موجات طولية، ولذلك لا تخضع للاستقطاب.
(5) عند انتقال الموجات الصوتية من وسط إلى آخر، فإنها تتعرض للانكسار أو تغير اتجاه انتشارها. يحدث الانكسار عندما تبدأ الموجة بالدخول إلى وسط مختلف.
الإجابة الصحيحة هي أ.

 

 

مصدر السؤال:

أسئلة امتحان الفيزياء الوطني لطلاب المرحلة الثانوية العليا/المهنية