Ääniaallon kaava

Esimerkkikysymyksiä ja ääniaaltokaavoja

Äänen voimakkuus

1. Äänen intensiteettitaso ilmaisee äänen logaritmisen arvon….

1. Paikan tehon ja äänilähteen tuottaman tehon vertailu
2. Äänen intensiteetti pinta-alayksikköä kohti
3. Äänen voimakkuus tietyllä etäisyydellä lähteestään
4. Äänen voimakkuuden ja ihmisen kuulokynnyksen voimakkuuden vertailu

Keskustelu

Äänenvoimakkuuden tason kaava:
Kaavan kuvaus: TI = intensiteettitaso, I = äänen intensiteetti, I_o = ihmisen kuulokynnysintensiteetti = 10^-12 W / m²
Yllä olevan kaavan perusteella voidaan päätellä, että äänen intensiteettitaso ilmaisee äänen intensiteetin ja ihmisen kuulokynnyksen intensiteetin välisen vertailun logaritmisen arvon.
Oikea vastaus on D.

2. Äänen intensiteetti on 6 x 10⁻⁶ ^W /cm² ^. Jos intensiteettitasoa sitten nostetaan 10 dB:llä, intensiteetistä tulee…

1. X 6 10^-5 W / cm²
2. X 6 10^-7 W / cm²
3. X 3 10^-6 W / cm²
4. X 12 10^-6 W / cm²

Keskustelu
Tiedetään, että:
Intensiteetti (I) = 6 x 10^-6 W / cm²
Kynnysintensiteetti (I_o) = 10^-12 W / m² = 10^-12 W/10⁴ cm² = 10^-16 W / cm²
Kysytty: Jos TI:tä nostetaan 10 dB:llä, niin I:stä tulee….
Vastaus:
Äänenvoimakkuuden kasvu 10 W/m²² = 10^-3 W / cm² vastaa äänenvoimakkuuden tason nostamista 10 dB:llä.² W / m² = 10^-2 W / cm² vastaa äänenvoimakkuuden tason nostamista 20 dB:llä. Ja niin edelleen.

Jos intensiteettitasoa sitten nostetaan 10 dB:llä, intensiteetti kasvaa 10 dB:llä.^-3 W / cm². Joten intensiteetistä tulee (6 x 10^-6 W / cm²) + (10^-4 W / cm²) = (6 x 10^-6 W / cm²) + (100 x 10^-6 W / cm²) = 100 x 10^-6 W / cm².
Oikeaa vastausta ei ole.

Ääniaallon resonanssi

3. Katso seuraavaa kuvaa!
Kun virityshaarukkaa A värähtelee vatkaimen vaikutuksesta, myös virityshaarukka B värähtelee. Tämä tapahtuu, koska….

1. Virityshaarukan A amplitudi on sama kuin virityshaarukan B:n.
2. Molemmat virityshaarukat käyttävät samaa resonanssilaatikkoa.
3. Virityshaarukan B taajuus on sama kuin virityshaarukan A.
4. Molempien virityshaarukoiden tuottaman äänen väri on sama.

Keskustelu
Vatkaimella värähteltyä virityshaarukkaa A, se värähtelee ympärillään olevaa ilmaa niin, että myös ilma värähtelee samalla taajuudella. Tämän jälkeen ilma värähtelee virityshaarukkaa B. Virityshaarukka B värähtelee pohjimmiltaan myös omalla taajuudellaan, mutta sen värähtelyamplitudi on hyvin pieni, eikä sen värähtelyä voida nähdä silmällä. Koska virityshaarukan B oma taajuus on sama kuin ilman värähtelytaajuus ja virityshaarukan A taajuus, ilmamolekyylit lisäävät virityshaarukan B värähtelyamplitudia. Virityshaarukka B näyttää värähtelevän, koska sen värähtelyamplitudi on silmällä nähtävissä.
Oikea vastaus on C.

4. Resonanssiputki tuottaa kovan hurinaäänen ensimmäisen kerran, kun ilmapatsaan pituus on 17 cm, ja toisen kerran, kun ilmapatsaan pituus on 51 cm. Jos käytetyn virityshaarukan taajuus on 500 Hz. Ilman etenemisnopeus putkessa on….

1. 138 m / s
2. 230 m / s
3. 340 m / s
4. 461 m / s

Keskustelu
Resonanssiputken muoto on toinen pää avoin ja toinen pää suljettu siten, että kärki- ja antinodipisteiden välinen etäisyys = putken vähimmäispituus = ¼ λ = λ/4.
Sylinterin pituuden kaava:
Avo- ja suljettujen resonanssiputkien solmupisteiden ja antinodien välinen etäisyys täyttyy, kun n on pariton luku.   
 
Aallonpituus n:lle₁ = 1 ja L = 0,17 metriä:
Aallonpituus n:lle₂ = 3 ja L = 0,51 metriä:
Oikea vastaus on C.

Ääniaaltojen nopeus

5. Meren syvyyden mittaamiseksi laiva lähettää ultraääniaaltoja merenpohjaa kohti. Heijastuneet aallot vastaanotetaan laivan ilmaisimella 12 sekuntia myöhemmin. Jos ultraääniaaltojen nopeus vedessä on 1200 m/s, meren syvyydeksi voidaan päätellä….

1. 7,2 km
2. 14,4 km
3. 21,6 km
4. 28,8 km

Keskustelu
Tiedetään, että:
Aluksen ilmaisin vastaanottaa heijastuneen aallon 12 sekunnissa. Joten edestakainen matka-aika on 12 sekuntia.
Aikaväli (t) = 12 sekuntia / 2 = 6 sekuntia
Ultraääniaaltojen nopeus vedessä (v) = 1200 m/s
Kysytty: Meren syvyys (s)
Vastaus:
Meren syvyys (s):
s = vt
s = (1200 metriä/sekunti)(6 sekuntia) = 7200 metriä = 7,2 kilometriä
Oikea vastaus on A.

6. Ukkosenjyrinä kuuluu 8 sekuntia salaman välähdyksen jälkeen. Jos valonnopeus on 3 x 108 ^m /s ja äänennopeus ilmassa on 340 m/s, niin salamanlähteen ja kuuntelijan välisen etäisyyden voidaan arvioida olevan…

1. 1,82 km
2. 2,72 km
3. 4,25 km
4. 7,24 km

Keskustelu
Tiedetään, että:
Äänen liikkeen aikaväli (t) = 8 sekuntia
Valon nopeus (v valo) = 3 x 10⁸ metriä/sekunti
Äänen nopeus ilmassa (v ääni) = 340 metriä/sekunti
Kysytty: Salamanlähteen ja kuuntelijan välinen etäisyys
Vastaus:
Valonnopeus on niin suuri, että salaman syntymisen ja salaman ilmestymisen voidaan katsoa tapahtuvan samaan aikaan.
Etäisyys salamanlähteestä kuuntelijaan:
s = vt = (340 metriä/sekunti)(8 sekuntia) = 2720 metriä = 2,72 km
Oikea vastaus on B.

7. Tietyssä paikassa havaitsija kuulee ukkosenjyrinän 16,2 sekuntia salaman ilmestymisen jälkeen. Jos valonnopeus ilmassa on 3 x 10⁻⁸ ^m /s ja äänennopeus ilmassa on tuolloin 343 m/s, niin arvioitu etäisyys salaman sijainnin ja havaitsijan välillä on noin….

1. 5,5 km
2. 12,5 km
3. 25 km
4. 55 km

Keskustelu
Tiedetään, että:
Äänen liikkeen aikaväli (t) = 16,2 sekuntia
Valon nopeus (v valo) = 3 x 10⁸ metriä/sekunti
Äänen nopeus ilmassa (v ääni) = 343 metriä/sekunti
Kysytty: Salaman sijainnin ja havaitsijan välinen etäisyys
Vastaus:
Valonnopeus on niin suuri, että salaman syntymisen ja salaman ilmestymisen voidaan katsoa tapahtuvan samaan aikaan.
Etäisyys salamanlähteestä kuuntelijaan:
s = vt = (343 metriä/sekunti)(16,2 sekuntia) = 5556,6 metriä = 5,5 km
Oikea vastaus on A.

Ääniaallon taajuus

8. Kitaran kielen tuottamalla C-sävelellä ja pianon tuottamalla C-sävelellä on yhtäläisyyksiä siinä, että…

1. äänen taajuus
2. äänen väri
3. äänen amplitudi
4. äänen voimakkuus

Keskustelu
Kitaran kielen C-sävelellä ja pianon C-sävelellä on yhtäläisyyksiä äänen taajuuden tai sävelkorkeuden suhteen.
Oikea vastaus on A.

Ääniaaltojen eteneminen

9. Päivällä lähempänä maanpintaa olevan ilman lämpötila on korkeampi kuin kauempana maanpinnasta olevan ilman lämpötila. Yöllä tapahtuu päinvastoin; lähempänä maanpintaa olevan ilman lämpötila on alhaisempi kuin kauempana maanpinnasta olevan ilman lämpötila. Siksi…

1. Päivän aikana ääni kulkee enemmän ylöspäin kuin vaakasuunnassa
2. Yöllä ääni kulkee enemmän ylöspäin kuin vaakasuunnassa
3. Päivällä tai yöllä ääni kulkee kaikkiin suuntiin.
4. Ääni kulkee päivällä ja yöllä enemmän vaakasuunnassa kuin ylöspäin

Keskustelu
Päivän aikana lähempänä maanpintaa olevan ilman lämpötila on korkeampi kuin kauempana maanpinnasta olevan ilman. Toisin sanoen päivän aikana lähempänä maanpintaa oleva ilma on kuumempaa kuin kauempana maanpinnasta oleva ilma. Kuumemmalla ilmalla on pienempi tiheys, joten se liikkuu helpommin ylöspäin. Siksi ilma liikkuu päivän aikana enemmän ylöspäin. Ääni kulkee ilman läpi, ja ääni kulkee kaikkiin suuntiin. Koska ilma liikkuu kuitenkin enemmän ylöspäin päivän aikana, myös ääni kulkee enemmän ylöspäin.

Toisaalta yöllä ilma ei liiku yhtä paljon ylöspäin, joten ääni ei kulje yhtä paljon ylöspäin. Tästä syystä kaukaisia ​​ääniä voi kuulla yöllä, kun taas kaukaisia ​​ääniä on vaikea kuulla päivällä.
Oikea vastaus on A.