機械波の速度 ― 問題点と解決策

1.長さ25メートルのロープ上の横波の速度は50m/sです。ロープの張力は200Nです。ロープの質量を求めなさい。

A. 0.08 kg

B. 0.5kg

約0.8kg

D. 2.0 kg

既知:

ロープの長さ (l) = 25 m

横波の速度 (v) = 50 m/s

ロープの張力(T)=200N

求む:ロープの質量(メートル)

解決策:

この問題は、ロープ上の波動伝播の公式を用いることで解決できる。

機械波の速度 - 問題と解決策 1

正解はDです。

2.湖面に2本の木材が浮かんでおり、2本の木材間の距離は6mです。湖面を波が伝わります。1本目の木材が3回上下に動いたとき、2本目の木材は1回しか上下に動きませんでした。2秒ごとに両方の木材が3回上下に動く場合、波の伝播は…

A. 4.5 m/s

B. 3.0 m/s

参照  電場 – 問題点と解決策

C. 2.0 m/s

D. 1.5 m/s

既知:

2つの木の間の距離(l)=6メートル

最初の木材は上下に3回動いたが、2番目の木材は上下に1回しか動いていない。

周波数 (f) = 3 / 2 = 1.5 ヘルツ

求む:波の速度(v)

解決策:

最初の木片が上下に1回動くと、波長1が2番目の木片に到達します。最初の木片が上下に2回動くと、波長2が2番目の木片に到達します。最初の木片が上下に3回動くと、波長1が2番目の木片の位置に到達し、同時に2番目の木片が上下に1回動きます。

機械波の速度 - 問題と解決策 2マルサス、 距離 横の図に示すように、最初の木材と2番目の木材の間には2つの波長(2λ)が存在する。

1波長(λ)の距離= 6 / 2 = 3メートル

波の伝播速度(v):

v = f λ = (1.5 ヘルツ)(3 メートル)

v = 4.5 m / s

正解はAです。

参照  インパルス方程式

3. 弦上の波の伝播を加速させる要因は…

(1)ワイヤーを延長する

(2)ワイヤーの質量を拡大する

(3)ワイヤーの張力を上げる

(4)ワイヤーのサイズを大きくする 正しい記述は…

A. (1)、(2)、(3)および(4)

B. (1)、(2)、(3)

C. (3)および(4)

D. (3)のみ

解決策:

弦上の波の伝播速度の公式:

機械波の速度 - 問題と解決策 3

正解はAです。

v = 弦上の波の伝播速度

T = 弦の張力

μ = 弦の密度

m = 弦の質量

l = 弦の長さ

4.ロープ上を周波数50Hz、波長2mの波が伝わる。波の周期と速度は…

A. 0.02秒と50ミリ秒-1

B. 0.02秒と100ミリ秒-1

C. 0.04秒と50ミリ秒-1

D. 0.5秒と100ミリ秒-1

既知:

周波数(f)= 50 Hz

波長(λ)=2メートル

参照  直線運動 – 問題と解決策

求めるもの:波の周期(T)と速度(v)

解決策:

期間 :

T = 1/f = 1/50 Hz = 0.02秒

波の速度:

v = f λ = (50 1/秒)(2メートル) = 100メートル/秒

正解はBです。

5.水面に浮かぶコルクは、水面波によって上下に揺れ動きます。波の頂上から次の頂上までの所要時間は1.2秒です。水面上の2つの頂上間の距離が10cmである場合、波の伝播速度を求めなさい。

A. 12 ms -1

B. 12 cm s -1

C. 8,3 ms -1

D. 8,3 cm s -1

既知:

山頂から次の山頂までの所要時間=1波長の時間間隔=周期(T)=1.2秒。

2つの波の山間の距離 = 1波長 (λ) = 10 cm

求む:波の伝播速度(v)

解決策:

波の伝播速度:

v = f λ = λ / T = 10 cm / 1.2 秒 = 8.3 cm/秒 = 8.3 cm.s -1

正解はDです。

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