13 eksempler på mekaniske bølger
1. Faseforskel i transversale bølger
Se på følgende billede af en sinusformet bølge !
Hvis bølgelængden af sinusoiden ovenfor er 80 cm, så er punktet med en faseforskel på ¾…
A. P med Q
B.P med R
C.P med S
D. Q med S
E.R med S
Diskussion
PQ = 3/4 bølgelængde
PR = 1 1/2 = 1,5 bølgelængder
PS = 2 bølgelængder
QS = 1 1/4 = 1,25 bølgelængder
RS = 1/2 bølgelængde
Det rigtige svar er A.
2. Åbne og lukkede orgelpiber
Der er to orgelpiber, en åben og en lukket, hver med samme længde. Hvis lydens hastighed i luft er 340 m/s, så er forholdet mellem overtonefrekvenserne for de to åbne orgelpiber og overtonefrekvenserne for de to lukkede orgelpiber…
Diskussion
Det er kendt:
Længden af en åben og lukket orgelpibe er den samme.
Lydhastighed i luft (v) = 340 m/s
Spurgte:
Svar: Sammenligning af frekvensen f for den anden overtone (f3 ) i en åben og lukket orgelpibe
Åben orgelpibe
En åben orgelpibe eller et åbent rør er et rør, der har begge ender åbne, som på billedet på siden.
Figuren til højre er en graf over lydbølger i et åbent orgelrør, hvor knuderne repræsenterer lufttætheden, og antiknuderne repræsenterer luftspændingen.
Fundamental pitch (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
Anden overtone (f3 ) = 3 f1 = 3 (170/L) = 510/L
Lukket orgelpibe
En lukket orgelpibe, eller et lukket rør, er et rør med den ene ende åben og den anden lukket, som vist på figuren nedenfor. Hvis begge ender af røret er lukkede, kan røret ikke bruges.
Figuren til højre er en graf over lydbølger i et lukket orgelrør, hvor knuderne repræsenterer lufttætheden, og antiknuderne repræsenterer luftspændingen.
Fundamental pitch (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
Anden overtone (f3 ) = 3 f1 = 3 (85/L) = 255/L
Sammenligning af den anden overtonefrekvens f ( f3 ) for åbne og lukkede orgelpiber
510/L: 255/L
510: 255
2: 1
En lydbølgekilde med en effekt på 12,56 W udsender bølger homogent ind i det omgivende medium. Lydtærskelintensiteten er 10-12 Wm - 2 . Størrelsen af bølgens strålingsintensitet i en afstand af 10 meter fra kilden er...
Diskussion
Det er kendt:
Daya = 12,56 Watt
Lydtærskelintensitet (Io ) = 10-12 Wm -2
Afstand (r) = 10 meter
Spurgt: Intensitetsniveau (TI)
Jawab:
Formlen for forholdet mellem effekt (P), intensitet (I) og afstand (r):
Intensitetsniveau (TI):
4. Lydintensitet
Et højttalersystem udsender 36 π watt akustisk effekt og et intensitetsniveau på 80 dB, når det høres i en afstand x fra højttaleren. (I o = 10-12 watt.m -2 ). Den korrekte værdi af x er…
A. 100 m
B. 160 m
Ca. 175 meter
D. 225 m
Ø. 300 m
Diskussion
Det er kendt, at:
Effekt (P) = 36 π Watt
Intensitetsniveau (TI) = 80 dB
Afstand = x
Menneskelig høregrænse (Io ) = 10-12 W att.m - 2
Spurgt: Værdi af x
Svar:
Formlen for forholdet mellem effekt (P), intensitet (I) og afstand (x):
Beregn først lydintensiteten i afstand x:
Lydintensitet:
Beregn værdien af x:
Det rigtige svar er E.
5. Rejsende bølge
2015/2016 SMA/MA Fysik National Eksamen Spørgsmål nr. 24
Den vandrende bølgeligning udtrykt i det internationale enhedssystem (SI) er y = 0,2 sin (0,2 πx - 20πt)
Fra følgende udsagn:
(1) Bølgeudbredelseshastighed 100 ms -1
(2) Ved x = 0 og t = 0 er bølgeafvigelsen = 0
(3) Bølgefrekvens 20 Hz
(4) Bølgeamplitude 2 cm
Hvilken er korrekt?
A. (1) og (2)
B. (1) og (3)
C. (1) og (4)
D. (2) og (4)
E. (2) og (3)
Diskussion
Tre former for bølgeligninger:
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T og k = 2π / λ
y = A sin (2π/T) t – (2π/λ) x
y = A sin 2π (t/T – x/λ) ——-> 2
y = A sin 2π (ft – x/λ) ——-> 2
T = 1/f og λ = v/f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
Ligningen for vandrebølgen i ovenstående spørgsmål er den samme som form 2:
y = 0,2 sin (0,2 πx - 20πt)
y = 0,2 sin π (0,2 x - 20t)
y = 0,2 sin²π ( 0,1 x - 10t)
y = 0,2 sin 2π ( x/10-10t )
y = A sin 2π (ft – x/λ)
A = amplitude = 0,2 meter = 0,2 (100 cm) = 20 cm
f = frekvens = 10 s -1 = 10 Hertz
λ = bølgelængde = 10 meter
v = bølgeudbredelseshastighed = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
Det rigtige svar er A.
6. Doppler-effekten
En ambulance kører med en hastighed på 72 km/ t , mens den lyder sin sirene med en frekvens på 1500 Hz. En motorcyklist kører med en hastighed på 20 m/ s i den modsatte retning af ambulancen. Hvis lydhastigheden i luften er 340 m/ s , så er forholdet mellem de frekvenser, som motorcyklisten hører, når den nærmer sig og bevæger sig væk fra ambulancen, ...
A. 25: 36
B. 36: 49
Kapitel 64:81
D. 81:64
E. 100: 61
Diskussion
Regler for skiltning:
v er altid positiv
v p er positiv, hvis lytteren nærmer sig lydkilden
v p er negativ, hvis lytteren bevæger sig væk fra lydkilden
v s er positiv, hvis lydkilden vender væk fra lytteren
v s er negativ, hvis lydkilden nærmer sig lytteren
v p = 0 hvis lytteren er tavs
v s = 0 hvis lydkilden er lydløs
Det er kendt, at:
Lydkildefrekvens (f) = 1500 Hz
Lytterhastighed (v p ) = 20 m/s
Lydkildens hastighed (v s ) = 72 km/time = 72 (1000 meter) / 3600 sekunder = 72.000/3600 meter/sekund = 20 m/s
Lydens hastighed (v) = 340 m/s
Spørgsmål: Sammenligning af frekvenser, som motorcyklister hører, når de nærmer sig og bevæger sig væk fra en ambulance
Svar:
Doppler-effektens formel:
Frekvensen som en motorcyklist hører, når den nærmer sig en ambulance
Begge er i modsatte retninger, så når motorcyklen nærmer sig ambulancen, nærmer de sig hinanden. v p er positiv, hvis lytteren nærmer sig lydkilden, og v s er negativ, hvis lydkilden nærmer sig lytteren.
Frekvensen som motorcyklister hører, når de bevæger sig væk fra en ambulance
Begge er i modsatte retninger, så når motorcyklen bevæger sig væk fra ambulancen, bevæger de sig væk fra hinanden. v p er negativ, hvis lytteren bevæger sig væk fra lydkilden, og v s er positiv, hvis lydkilden bevæger sig væk fra lytteren.
Sammenligning af frekvenser, som motorcyklister hører, når de nærmer sig og bevæger sig væk fra en ambulance.
Det rigtige svar er D.
Lydintensitet
7. Se på det følgende billede!
Hvis punkt P er en lydkilde, der udstråler i alle retninger, så er forholdet mellem lydintensiteten i punkterne S, R og Q henholdsvis ...
A. 16: 25: 100
B. 16:50:200
C. 32:50:100
D. 36:25:100
E. 72 : 25 : 200
Diskussion
Det er kendt, at:
Afstanden fra punkt Q til lydkilden (rQ) = 3 meter
Afstand fra punkt R til lydkilden (r²/ R ) = 6 meter
Afstanden fra punkt S til lydkilden (r₂S ) = 5 meter
Lydintensitet ved punkt Q = IQ
Lydintensitet ved punkt R = I R
Lydintensitet ved punkt S = I S
Spørgsmål: Sammenligning af lydintensitet i punkterne S, R og Q ( IS : IR : IQ )
Svar:
Lydintensitet ved punkt S:
Lydintensitet ved punkt R:
Lydintensitet ved punkt S:
Sammenligning af lydintensitet ved punkterne S, R og Q:
Det rigtige svar er D.
8. Lydbølger spredes ligeligt fra deres kilde i alle retninger. Punkt A er i en afstand P fra lydkilden, punkt B er i en afstand på 2P fra lydkilden, og punkt C er i en afstand på 4P fra lydkilden. Forholdet mellem lydintensiteterne modtaget af A, B og C er…
A. 16: 4: 1
B. 4:2:1
C. 4:1:16
D. 1:2:4
E. 1 : 4 : 16
Diskussion
Det er kendt, at:
Afstanden fra punkt A til lydkilden (r A ) = P
Afstanden fra punkt B til lydkilden (r²B ) = 2P
Afstanden fra punkt C til lydkilden (r C ) = 4 P
Lydintensitet ved punkt A = I A
Lydintensitet ved punkt B = I B
Lydintensitet ved punkt C = IC
Spørgsmål: Sammenligning af lydintensitet i punkterne A, B og C ( IA : IB : IC )
Svar:
Lydintensitet ved punkt A:
Lydintensitet ved punkt B:
Lydintensitet ved punkt C:
Sammenligning af lydintensitet ved punkterne A, B og C:
Det rigtige svar er A.
9. Doppler-effekten
Følgende billede viser en politibil, der jagter en motoriseret kriminel:
En politibil, der bruger sin sirene med en frekvens på 9,30 Hz, jagter en kriminels motorcykel, der flygter med en hastighed på 72 km/t -1 . Politibilen accelererer til 108 km/t -1 for at indhente den kriminelle. Hvis lydhastigheden i luften er 340 m/s -1 , så er frekvensen af sirenelyden, som den kriminelle på motorcyklen hører,...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C. 960 Hz
D. 1.020 Hz
Ø. 1.200 Hz
Diskussion
Regler for skiltning:
v er altid positiv
v p er positiv, hvis lytteren nærmer sig lydkilden
v p er negativ, hvis lytteren bevæger sig væk fra lydkilden
v s er positiv, hvis lydkilden vender væk fra lytteren
v s er negativ, hvis lydkilden nærmer sig lytteren
v p = 0 hvis lytteren er tavs
v s = 0 hvis lydkilden er lydløs
Det er kendt, at:
Lydkildefrekvens (f) = 9 x 30 Hz
Lytterens hastighed (v p ) = 72 km/t -1 = 72 (1000 meter) / 3600 (sekunder) = 72.000/3600 meter/sekund = 20 m/s = -20 ms -1 (negativ fordi forbryderen bevæger sig væk fra politiet)
Lydkildens hastighed (v s ) = 108 km/t -1 = 108 (1000 meter) / 3600 (sekunder) = 108.000/3600 meter/sekund = 30 m/s = -30 ms -1 (negativt, fordi politiet nærmer sig gerningsmanden)
Lydens hastighed (v) = 340 ms -1
Ønsket: Frekvens af lyd hørt af lytteren (f')
Svar:
Doppler-effektens formel:
Det rigtige svar er C.
Lydintensitetsniveau
10. I en sal lærer 100 elever at synge. Hvis lydintensitetsniveauet for én elev, når de synger, er 40 dB (antag det samme for hvert barn), så er den lydintensitet, der produceres i salen,… (I o = 10 -12 Wm -2 )
A. 10 -4 Wm -2
B. 10 -5 Wm -2
C. 10 -6 Wm -2
D. 10 -7 Wm -2
Ø. 10 -8 Wm -2
Diskussion
Det er kendt, at:
Intensitetsniveau for én elev (T I ) = 40 dB
Menneskelig høretærskelintensitet (Io ) = 10-12 W / m²
Antal studerende (x) = 100
Spurgt: Lydintensiteten hos 100 elever
Svar:
Lydintensitet for 1 elev:
Lydintensitet for 100 elev:
I x = (x)(I)
Ix = (100)(10-8 ) = ( 102 )( 10-8 )
I x = 10-6 W/ m²
Det rigtige svar er C.
11. Lydintensiteten for 100 identiske maskiner er 10⁻⁶ Watt.m⁻² . Hvis I⁻² = 10⁻⁶ Watt.m⁻² , så er lydintensitetsniveauet for en maskine….
A. 70 dB
B. 60 dB
C. 50 dB
D. 40 dB
Ø. 30 dB
Diskussion
Det er kendt, at:
Lydintensitet for 100 maskiner ( I x ) = 10⁻⁶ Watt.m⁻²
Menneskelig høretærskelintensitet (Io ) = 10-12 W / m²
Antal maskiner (x) = 100 = 102
Spurgt: Lydintensitetsniveauet for en maskine (TI)
Svar:
Lydintensitet for 1 maskine:
I x = (x)(I)
10 -7 = (10² ) ( I )
I = 10-7 / 10² = ( 10-7 )( 10-2 ) = 10-9
Lydintensitetsniveau for en maskine (TI):
Det rigtige svar er E.
12. De generelle egenskaber ved bølger er som følger:
(1) kan ikke udbrede sig i vakuum
(2) udbreder sig direkte i forskellige medier
(3) oplever refleksion
(4) oplever diffraktion
(5) oplever interferens
Ud fra ovenstående bølgeegenskaber er det, der svarer til lysbølgers karakteristika,...
Kun A. (1) og (2)
Kun B. (3) og (4)
C. (2), (3) og (4)
D. (3), (4) og (5)
E. (1), (3), (4) og (5)
Diskussion
(1) Lysbølger er elektromagnetiske bølger, der ikke kræver et udbredelsesmedium. Fordi de ikke kræver et udbredelsesmedium, kan elektromagnetiske bølger udbrede sig i et vakuum.
(2) Når lysbølger, der udbreder sig i et medium, kommer ind i et nyt medium, oplever lysbølgerne også brydning. Lysbrydning er en bøjning af lysbølgernes udbredelsesretning. Brydning opstår på grund af forskellen i lysbølgernes hastighed i hvert enkelt medium.
(3) Udover at opleve brydning oplever lysbølger også refleksion. Refleksionen af lys fra et fladt spejl er et eksempel på fænomenet lysrefleksion. Refleksionen af lys fra et fladt spejl gør det muligt at bruge flade spejle som makeup-redskaber.
(4) Diffraktion opleves ikke kun af elektromagnetiske bølger såsom lysbølger, men også af mekaniske bølger såsom vandbølger og lydbølger.
(5) Udover at blive oplevet af elektromagnetiske bølger såsom lysbølger, opleves interferens også af mekaniske bølger såsom vandbølger, rebbølger eller lydbølger.
Det rigtige svar er D.
13. Vær opmærksom på følgende bølgeegenskaber!
(1) oplever diffraktion
(2) oplever refleksion
(3) kan ikke udbrede sig i vakuum
(4) kan opleve polarisering
(5) bevæger sig ligeud, når den passerer gennem to forskellige medier
Ud fra ovenstående bølgeegenskaber er de, der svarer til lydbølgers karakteristika,...
A. (1), (2) og (3)
B. (1), (2) og (4)
C. (1), (3) og (4)
D. (2), (3) og (4)
E. (3), (4) og (5)
Diskussion
(1) Diffraktion opleves ikke kun af elektromagnetiske bølger såsom lysbølger, men også af mekaniske bølger såsom lydbølger.
(2) Refleksion eller refleksion opleves af elektromagnetiske bølger såsom lysbølger og mekaniske bølger såsom lydbølger eller vandbølger. Et eksempel på refleksion af lydbølger er et ekko.
(3) Lydbølger er mekaniske bølger. Mekaniske bølger er bølger, der kræver et udbredelsesmedium for at kunne udbrede sig. Hvis der ikke er noget medium, f.eks. i et vakuum, kan lydbølger ikke udbrede sig.
(4) Polarisering opleves af transversale bølger såsom rebbølger, vandoverfladebølger og elektromagnetiske bølger såsom lysbølger. Lydbølger er longitudinale bølger og kan derfor ikke opleve polarisering.
(5) Når lydbølger udbreder sig fra ét medium til et andet, oplever de brydning eller en ændring i udbredelsesretningen. Brydning sker, når bølgen begynder at trænge ind i et andet medium.
Det rigtige svar er A.
Spørgsmålskilde:
Nationale eksamensspørgsmål i fysik til gymnasiet/erhvervsgymnasiet
