13 esempi di onde meccaniche
1. Differenza di fase delle onde trasversali
Osservate la seguente immagine di un'onda sinusoidale!
Se la lunghezza d'onda della sinusoide sopra è di 80 cm, allora il punto che ha una differenza di fase di ¾ è…
A. P con Q
B. P con R
C. P con S
D. Q con S
E. R con S
Discussione
PQ = 3/4 di lunghezza d'onda
PR = 1 1/2 = 1,5 lunghezze d'onda
PS = 2 lunghezze d'onda
QS = 1 1/4 = 1,25 lunghezze d'onda
RS = 1/2 lunghezza d'onda
La risposta corretta è A.
2. Canne d'organo aperte e chiuse
Sono disponibili due canne d'organo, una aperta e l'altra chiusa, entrambe di uguale lunghezza. Se la velocità del suono nell'aria è di 340 m/s, allora il rapporto tra le frequenze degli armonici delle due canne d'organo aperte e le frequenze degli armonici delle due canne d'organo chiuse è…
Discussione
E 'noto:
La lunghezza di una canna d'organo aperta e di una chiusa è la stessa.
Velocità del suono nell'aria (v) = 340 m/s
Chiesto:
Risposta: Confronto della frequenza f del secondo armonico (f₃ ) di una canna d'organo aperta e chiusa.
Canna d'organo aperta
Una canna d'organo aperta o tubo aperto è un tubo che ha entrambe le estremità aperte, come nell'immagine a lato.
La figura a destra è un grafico delle onde sonore in una canna d'organo aperta, dove i nodi rappresentano la densità dell'aria e gli antinodi la tensione dell'aria.
Passo fondamentale (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
Secondo armonico (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (170/L) = 510/L
Canna d'organo chiusa
Una canna d'organo chiusa, o tubo chiuso, è un tubo con un'estremità aperta e l'altra chiusa, come mostrato nella figura sottostante. Se entrambe le estremità del tubo sono chiuse, il tubo non può essere utilizzato.
La figura a destra è un grafico delle onde sonore in una canna d'organo chiusa, dove i nodi rappresentano la densità dell'aria e gli antinodi la tensione dell'aria.
Passo fondamentale (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
Secondo armonico (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (85/L) = 255/L
Confronto della frequenza del secondo armonico f (f 3 ) delle canne d'organo aperte e chiuse
510/L : 255/L
510: 255
2: 1
3. Livello di intensità delle onde sonore
Una sorgente di onde sonore con una potenza di 12,56 W emette onde nel mezzo circostante in modo omogeneo. L'intensità di soglia del suono è 10⁻¹² Wm⁻² . L' ampiezza dell'intensità di radiazione dell'onda a una distanza di 10 metri dalla sorgente è...
Discussione
E 'noto:
Potenza = 12,56 Watt
Soglia di intensità sonora (I o ) = 10 -12 Wm -2
Distanza (r) = 10 metri
Domanda: Livello di intensità (TI)
Jawab:
La formula che descrive la relazione tra potenza (P), intensità (I) e distanza (r):
Livello di intensità (TI):
4. Intensità sonora
Un sistema di altoparlanti emette una potenza acustica di 36 π watt e un livello di intensità di 80 dB quando ascoltato a una distanza x dall'altoparlante. (I o = 10 -12 watt.m -2 ). Il valore corretto di x è…
A. 100 m
B. 160 m
C. 175 m
D. 225 m
E. 300 m
Discussione
È noto che:
Potenza (P) = 36 π Watt
Livello di intensità (TI) = 80 dB
Distanza = x
Limite dell'udito umano (I o ) = 10 -12 W att.m -2
Domanda: Valore di x
Risposta :
La formula che descrive la relazione tra potenza (P), intensità (I) e distanza (x):
Innanzitutto, calcoliamo l'intensità sonora alla distanza x:
Intensità sonora:
Calcola il valore di x:
La risposta corretta è E.
5. Onda viaggiante
Domanda n. 24 dell'esame nazionale di fisica per la scuola secondaria superiore (SMA/MA) 2015/2016.
L'equazione dell'onda viaggiante espressa nel Sistema Internazionale di Unità (SI) è y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
Sulla base delle seguenti affermazioni:
(1) Velocità di propagazione dell'onda 100 ms -1
(2) A x = 0 e t = 0 la deviazione dell'onda = 0
(3) Frequenza dell'onda 20 Hz
(4) Ampiezza dell'onda 2 cm
Quale delle due è corretta?
A. (1) e (2)
B. (1) e (3)
C. (1) e (4)
D. (2) e (4)
E. (2) e (3)
Discussione
Tre forme di equazioni d'onda:
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T e 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 e λ = v / f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
L'equazione dell'onda viaggiante nella domanda precedente è la stessa della forma 2:
y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
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)
A = ampiezza = 0,2 metri = 0,2 (100 cm) = 20 cm
f = frequenza = 10 s -1 = 10 Hertz
λ = lunghezza d'onda = 10 metri
v = velocità di propagazione dell'onda = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
La risposta corretta è A.
6. Effetto Doppler
Un'ambulanza si muove a una velocità di 72 km/ h emettendo un suono con la sirena a una frequenza di 1500 Hz. Un motociclista si muove a una velocità di 20 m/ s nella direzione opposta all'ambulanza. Se la velocità del suono nell'aria è di 340 m/ s , qual è il rapporto tra le frequenze percepite dal motociclista quando si avvicina e quando si allontana dall'ambulanza?
A. 25 : 36
B. 36 : 49
C. 64 : 81
D. 81 : 64
E. 100 : 61
Discussione
Regole di segnaletica:
v è sempre positivo
v p è positivo se l'ascoltatore si avvicina alla sorgente sonora
v p è negativo se l'ascoltatore si allontana dalla sorgente sonora
v s è positivo se la sorgente sonora è rivolta lontano dall'ascoltatore
v s è negativo se la sorgente sonora si sta avvicinando all'ascoltatore
v p = 0 se l'ascoltatore è silenzioso
v s = 0 se la sorgente sonora è silenziosa
È noto che:
Frequenza della sorgente sonora (f) = 1500 Hz
Velocità dell'ascoltatore (v p ) = 20 m/s
Velocità della sorgente sonora (v /s ) = 72 km/ora = 72 (1000 metri) / 3600 secondi = 72.000/3600 metri/secondo = 20 m/s
Velocità del suono (v) = 340 m/s
Domanda: Confronto delle frequenze udite dai motociclisti in avvicinamento e in allontanamento da un'ambulanza.
Risposta :
Formula dell'effetto Doppler:
La frequenza udita da un motociclista in avvicinamento a un'ambulanza.
Entrambi si muovono in direzioni opposte, quindi quando la moto si avvicina all'ambulanza, si avvicinano l'uno all'altro. v p è positivo se l'ascoltatore si sta avvicinando alla sorgente sonora e v s è negativo se la sorgente sonora si sta avvicinando all'ascoltatore.
La frequenza udita dai motociclisti quando si allontanano da un'ambulanza.
Entrambi si muovono in direzioni opposte, quindi quando la moto si allontana dall'ambulanza, si allontanano l'uno dall'altro. v p è negativo se l'ascoltatore si allontana dalla sorgente sonora e v s è positivo se la sorgente sonora si allontana dall'ascoltatore.
Confronto delle frequenze sonore percepite dai motociclisti in avvicinamento e in allontanamento da un'ambulanza.
La risposta corretta è D.
Intensità sonora
7. Guarda l'immagine seguente!
Se il punto P è una sorgente sonora che irradia in tutte le direzioni, allora il rapporto tra l'intensità sonora nei punti S, R e Q rispettivamente è...
A. 16 : 25 : 100
B. 16 : 50 : 200
C. 32 : 50 : 100
D. 36 : 25 : 100
E. 72 : 25 : 200
Discussione
È noto che:
La distanza del punto Q dalla sorgente sonora (rQ) = 3 metri
Distanza del punto R dalla sorgente sonora (r R ) = 6 metri
Distanza del punto S dalla sorgente sonora (r S ) = 5 metri
Intensità sonora nel punto Q = I Q
Intensità sonora nel punto R = I R
Intensità sonora nel punto S = I S
Domanda: Confronto dell'intensità sonora nei punti S, R e Q ( I S : I R : I Q )
Risposta :
Intensità sonora nel punto S:
Intensità sonora nel punto R:
Intensità sonora nel punto S:
Confronto dell'intensità sonora nei punti S, R e Q:
La risposta corretta è D.
8. Le onde sonore si propagano dalla loro sorgente in tutte le direzioni in modo uguale. Il punto A si trova a una distanza P dalla sorgente sonora, il punto B a una distanza di 2P dalla sorgente sonora e il punto C a una distanza di 4P dalla sorgente sonora. Il rapporto tra le intensità sonore ricevute da A, B e C è…
A. 16 : 4 : 1
B. 4 : 2 : 1
C. 4 : 1 : 16
D. 1 : 2 : 4
E. 1 : 4 : 16
Discussione
È noto che:
Distanza del punto A dalla sorgente sonora (r A ) = P
Distanza del punto B dalla sorgente sonora (r B ) = 2P
Distanza del punto C dalla sorgente sonora (r C ) = 4P
Intensità sonora nel punto A = I A
Intensità sonora nel punto B = I B
Intensità sonora nel punto C = IC
Domanda: Confronto dell'intensità sonora nei punti A, B e C ( IA : IB : IC )
Risposta :
Intensità sonora nel punto A:
Intensità sonora nel punto B:
Intensità sonora nel punto C:
Confronto dell'intensità sonora nei punti A, B e C:
La risposta corretta è A.
9. Effetto Doppler
L'immagine seguente mostra un'auto della polizia che insegue un criminale a bordo di un veicolo a motore:
Un'auto della polizia, con la sirena accesa a una frequenza di 9,30 Hz, insegue la moto di un criminale che sta fuggendo a una velocità di 72 km/h . L'auto della polizia accelera fino a 108 km/h per raggiungere il criminale. Se la velocità del suono nell'aria è di 340 m/s , allora la frequenza del suono della sirena udito dal criminale sulla moto è...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C. 960 Hz
D. 1.020 Hz
E. 1.200 Hz
Discussione
Regole di segnaletica:
v è sempre positivo
v p è positivo se l'ascoltatore si avvicina alla sorgente sonora
v p è negativo se l'ascoltatore si allontana dalla sorgente sonora
v s è positivo se la sorgente sonora è rivolta lontano dall'ascoltatore
v s è negativo se la sorgente sonora si sta avvicinando all'ascoltatore
v p = 0 se l'ascoltatore è silenzioso
v s = 0 se la sorgente sonora è silenziosa
È noto che:
Frequenza della sorgente sonora (f) = 9 30 Hz
Velocità dell'ascoltatore (v p ) = 72 km/h -1 = 72 (1000 metri) / 3600 (secondi) = 72.000/3600 metri/secondo = 20 m/s = -20 ms -1 (negativo perché il criminale si sta allontanando dalla polizia)
Velocità della sorgente sonora (v/ s ) = 108 km/h⁻¹ = 108 (1000 metri) / 3600 (secondi) = 108.000/3600 metri/secondo = 30 m/s = -30 ms⁻¹ ( negativo perché la polizia si sta avvicinando al criminale)
Velocità del suono (v) = 340 ms -1
Si richiede: Frequenza del suono percepito dall'ascoltatore (f')
Risposta :
Formula dell'effetto Doppler:
La risposta corretta è C.
Livello di intensità sonora
10. In una sala, 100 studenti stanno imparando a cantare. Se il livello di intensità sonora di uno studente quando canta è di 40 dB (si supponga che sia lo stesso per ogni bambino), allora l'intensità sonora prodotta nella sala è... (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
E. 10 -8 Wm -2
Discussione
È noto che:
Livello di intensità di uno studente (T I ) = 40 dB
Soglia di intensità uditiva umana (I o ) = 10 -12 W/m 2
Numero di studenti (x) = 100
Domanda: Intensità sonora di 100 studenti
Risposta :
Intensità sonora di 1 studente:
Intensità sonora di 100 studente:
I x = (x)(I)
I x = (100)(10 -8 ) = (10 2 )(10 -8 )
I x = 10 -6 W/m 2
La risposta corretta è C.
11. L'intensità sonora di 100 macchine identiche è 10⁻⁷ Watt.m⁻² . Se I₀ = 10⁻¹² Watt.m⁻² , allora il livello di intensità sonora di una macchina è...
A. 70 dB
B. 60 dB
Circa 50 dB
D. 40 dB
E. 30 dB
Discussione
È noto che:
Intensità sonora di 100 macchine (I x ) = 10 -7 Watt.m -2
Soglia di intensità uditiva umana (I o ) = 10 -12 W/m 2
Numero di macchine (x) = 100 = 10 2
Domanda: Il livello di intensità sonora di una macchina (TI)
Risposta :
Intensità sonora di 1 macchina:
I x = (x)(I)
10 -7 = (10 2 )( I )
I = 10 -7 / 10 2 = (10 -7 )(10 -2 ) = 10 -9
Livello di intensità sonora di una macchina (TI):
La risposta corretta è E.
12. Le proprietà generali delle onde sono le seguenti:
(1) non può propagarsi nel vuoto
(2) si propaga direttamente in diversi mezzi
(3) sperimentare la riflessione
(4) che subisce diffrazione
(5) subire interferenze
Dalle proprietà ondulatorie sopra descritte, ciò che corrisponde alle caratteristiche delle onde luminose è...
A. (1) e (2) soltanto
B. (3) e (4) soltanto
C. (2), (3) e (4)
D. (3), (4) e (5)
E. (1), (3), (4) e (5)
Discussione
(1) Le onde luminose sono onde elettromagnetiche che non richiedono un mezzo di propagazione. Poiché non richiedono un mezzo di propagazione, le onde elettromagnetiche possono propagarsi nel vuoto.
(2) Quando le onde luminose che si propagano in un mezzo entrano in un nuovo mezzo, subiscono anche la rifrazione. La rifrazione della luce è la deviazione della direzione di propagazione delle onde luminose. La rifrazione si verifica a causa della differenza di velocità delle onde luminose in ciascun mezzo diverso.
(3) Oltre a subire la rifrazione, le onde luminose subiscono anche la riflessione. La riflessione della luce da parte di uno specchio piano è un esempio del fenomeno della riflessione della luce. La riflessione della luce da parte di uno specchio piano rende possibile l'utilizzo degli specchi piani come strumenti per il trucco.
(4) La diffrazione non si verifica solo nelle onde elettromagnetiche come le onde luminose, ma anche nelle onde meccaniche come le onde d'acqua e le onde sonore.
(5) Oltre a essere sperimentate dalle onde elettromagnetiche come le onde luminose, le interferenze vengono sperimentate anche dalle onde meccaniche come le onde dell'acqua, le onde delle corde o le onde sonore.
La risposta corretta è D.
13. Presta attenzione alle seguenti proprietà delle onde!
(1) che subisce diffrazione
(2) sperimentare la riflessione
(3) non può propagarsi nel vuoto
(4) può subire polarizzazione
(5) si muove in linea retta quando passa attraverso due mezzi diversi
Dalle proprietà delle onde sopra riportate che corrispondono alle caratteristiche delle onde sonore si evince che...
A. (1), (2) e (3)
B. (1), (2) e (4)
C. (1), (3) e (4)
D. (2), (3) e (4)
E. (3), (4) e (5)
Discussione
(1) La diffrazione non si verifica solo nelle onde elettromagnetiche come le onde luminose, ma anche nelle onde meccaniche come le onde sonore.
(2) La riflessione o il rimbalzo si verificano nelle onde elettromagnetiche come le onde luminose e nelle onde meccaniche come le onde sonore o le onde dell'acqua. Un esempio del fenomeno della riflessione delle onde sonore è l'eco.
(3) Le onde sonore sono onde meccaniche. Le onde meccaniche sono onde che necessitano di un mezzo di propagazione per potersi propagare. Se non c'è un mezzo, come nel vuoto, le onde sonore non possono propagarsi.
(4) La polarizzazione è sperimentata dalle onde trasversali come le onde di corda, le onde della superficie dell'acqua e le onde elettromagnetiche come le onde luminose. Le onde sonore sono onde longitudinali e quindi non possono subire polarizzazione.
(5) Quando si propagano da un mezzo a un mezzo diverso, le onde sonore subiscono la rifrazione, ovvero un cambiamento nella direzione di propagazione. La rifrazione si verifica quando l'onda inizia ad entrare in un mezzo diverso.
La risposta corretta è A.
Fonte della domanda:
Domande di fisica per l'esame nazionale di fisica per la scuola superiore/istituto professionale.
