13 Beispiller vu mechanesche Wellen
1. Phasendifferenz vun transversalen Wellen
Kuckt Iech dat folgend Bild vun der sinusfërmeger Well un!
Wann d'Wellenlängt vum Sinusoid uewen 80 cm ass, dann ass de Punkt mat enger Phasendifferenz vun ¾ ...
A. P mat Q
B.P mat R
C.P mat S
D. Q mat S
E. R mat S
Diskussioun
PQ = 3/4 Wellelängt
PR = 1 1/2 = 1,5 Wellelängten
PS = 2 Wellelängten
QS = 1 1/4 = 1,25 Wellelängten
RS = 1/2 Wellelängt
Déi richteg Äntwert ass A.
2. Oppe an zou Uergelpäifen
Et ginn zwou Uergelpäifen zur Verfügung gestallt, eng oppe an déi aner zou, all mat der selwechter Längt. Wann d'Schallgeschwindegkeet an der Loft 340 m/s ass, dann ass d'Verhältnes vun den Iwwertonfrequenzen vun den zwou oppene Uergelpäifen zu den Iwwertonfrequenzen vun den zwou zouene Uergelpäifen...
Diskussioun
Et ass bekannt:
D'Längt vun enger oppener an enger zouener Uergelpäif ass d'selwecht.
Schallgeschwindegkeet an der Loft (v) = 340 m/s
Gefrot:
Äntwert: Vergläich vun der Frequenz f vum zweeten Iwwerton (f3 ) vun enger oppener an zouener Uergelpäif
Oppene Uergelpäif
Eng oppe Uergelpäif oder oppent Réier ass e Réier, deem seng béid Enden oppe sinn, wéi op der Säit um Bild.
D'Figur riets ass e Grafik vu Schallwellen an enger oppener Uergelpäif, wou d'Knoten d'Loftdicht an d'Antiknoten d'Loftspannung representéieren.
Fundamental Pitch (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
Zweeten Iwwertoun (f3 ) = 3 f1 = 3 (170/L) = 510/L
Zougemaachte Uergelpäif
Eng zougemaach Uergelpäif, oder zougemaacht Rouer, ass e Rouer mat engem Enn op an deem aneren zou, wéi an der Figur hei ënnendrënner gewisen. Wann béid Enden vum Rouer zou sinn, kann d'Rouer net benotzt ginn.
D'Figur riets ass e Grafik vu Schallwellen an enger zouener Uergelpäif, wou d'Knoten d'Loftdicht an d'Antiknoten d'Loftspannung representéieren.
Fundamental Pitch (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
Zweeten Iwwertoun (f3 ) = 3 f1 = 3 (85/L) = 255/L
Vergläich vun der zweeter Iwwertonfrequenz f ( f3 ) vun oppenen an zouenen Uergelpäifen
510/L: 255/L
510: 255
2: 1
3. Intensitéitsniveau vun de Schallwellen
Eng Schallwellequell mat enger Leeschtung vun 12,56 W straalt Wellen homogen an d'Ëmgéigend aus. D'Schwellintensitéit vum Schall ass 10 -12 Wm -2 . D'Gréisst vun der Stralungsintensitéit vun der Well op enger Distanz vun 10 Meter vun der Quell ass...
Diskussioun
Et ass bekannt:
Leeschtung = 12,56 Watt
Schallschwellintensitéit (I o ) = 10 -12 Wm -2
Distanz (r) = 10 Meter
Gefrot: Intensitéitsniveau (TI)
Äntwert:
D'Formel fir d'Bezéiung tëscht Leeschtung (P), Intensitéit (I) an Distanz (r):
Intensitéitsniveau (TI):
4. Schallintensitéit
E Lautsprechersystem straalt 36 π- Watt akustesch Leeschtung an en Intensitéitsniveau vun 80 dB aus, wann et op enger Distanz x vum Lautsprecher héieren gëtt. (I o = 10-12 watt.m -2 ). De richtege Wäert vun x ass…
A. 100 m
B. 160 m
C. 175 m
D. 225 m
E. 300 m
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Leeschtung (P) = 36 π Watt
Intensitéitsniveau (TI) = 80 dB
Distanz = x
Mënschlech Hörgrenz (I o ) = 10 -12 W att.m -2
Gefrot: Wäert vun x
Äntwert:
D'Formel fir d'Bezéiung tëscht Leeschtung (P), Intensitéit (I) an Distanz (x):
Berechent als éischt d'Schallintensitéit op Distanz x:
Schallintensitéit:
Berechent de Wäert vun x:
Déi richteg Äntwert ass E.
5. Reesend Well
2015/2016 SMA/MA Physik National Examen Fro Nr. 24
D'Equatioun fir d'Wellen, ausgedréckt am Internationalen Eenheetesystem (SI), ass y = 0,2 sin (0,2 πx - 20πt)
Aus de folgenden Aussoen:
(1) Wellenausbreedungsgeschwindegkeet 100 ms -1
(2) Bei x = 0 an t = 0 ass d'Wellenofwäichung = 0
(3) Wellenfrequenz 20 Hz
(4) Wellenamplitude 2 cm
Wéi eng ass richteg?
A. (1) an (2)
B. (1) an (3)
C. (1) an (4)
D. (2) an (4)
E. (2) an (3)
Diskussioun
Dräi Forme vu Wellegläichungen:
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T an 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 an λ = v/f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
D'Gleichung fir d'leefend Well an der Fro uewen ass déiselwecht wéi Form 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 = Amplitude = 0,2 Meter = 0,2 (100 cm) = 20 cm
f = Frequenz = 10 s -1 = 10 Hertz
λ = Wellelängt = 10 Meter
v = Wellenausbreedungsgeschwindegkeet = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
Déi richteg Äntwert ass A.
6. Doppler-Effekt
Eng Ambulanz fiert mat enger Geschwindegkeet vun 72 km/ h wärend se hir Sireen mat enger Frequenz vun 1500 Hz laude léisst. E Motorradfuerer fiert mat enger Geschwindegkeet vun 20 m/ s an déi entgéintgesate Richtung vun der Ambulanz. Wann d'Schallgeschwindegkeet an der Loft 340 m/ s ass , dann ass d'Verhältnes vun de Frequenzen, déi de Motorradfuerer héiert, wann hien der Ambulanz no kënnt an dovun ewechfuert, ...
A. 25: 36
B. 36 : 49
C. 64:81
D. 81 : 64
E. 100 : 61
Diskussioun
Schëlderregelen:
v ass ëmmer positiv
v p ass positiv, wann de Lauschterer sech der Schallquell ukënnt
v p ass negativ, wann de Lauschterer sech vun der Schallquell ewech beweegt
v s ass positiv, wann d'Schallquell vum Lauschterer ewech geriicht ass
v s ass negativ, wann d'Schallquell dem Lauschterer no kënnt
v p = 0 wann de Lauschterer roueg ass
v s = 0 wann d'Schallquell roueg ass
Et ass bekannt, datt:
Schallquellfrequenz (f) = 1500 Hz
Lauschtergeschwindegkeet (v p ) = 20 m/s
Geschwindegkeet vun der Schallquell (v s ) = 72 km/Stonn = 72 (1000 Meter) / 3600 Sekonnen = 72.000/3600 Meter/Sekonn = 20 m/s
Schallgeschwindegkeet (v) = 340 m/s
Fro: Vergläich vun de Frequenzen, déi Motorradfuerer héieren, wa se sech un eng Ambulanz ukënnen an dovun ewechfueren
Äntwert:
Doppler-Effektformel:
D'Frequenz, déi e Motorradfuerer héiert, wann e sech enger Ambulanz uschléisst
Béid sinn a géigeniwwerleiende Richtungen, sou datt wann d'Motorrad der Ambulanz no kënnt, si sech géigesäiteg nokommen. v p ass positiv wann de Lauschterer sech der Schallquell no kënnt an v s ass negativ wann d'Schallquell sech dem Lauschterer no kënnt.
D'Frequenz, déi Motorradfuerer héieren, wa se sech vun enger Ambulanz ewechfuerden
Béid sinn a géigeniwwerléiende Richtungen, sou datt wann d'Motorrad sech vun der Ambulanz ewechbeweegt, si sech vuneneen ewechbeweegen. v p ass negativ wann de Lauschterer sech vun der Schallquell ewechbeweegt an v s ass positiv wann d'Schallquell sech vum Lauschterer ewechbeweegt.
Vergläich vun de Frequenzen, déi vu Motorradfuerer héieren ginn, wann se sech un eng Ambulanz ukënnen an dovun ewechfueren.
Déi richteg Äntwert ass D.
Schallintensitéit
7. Kuckt Iech déi folgend Foto un!
Wann de Punkt P eng Schallquell ass, déi an all Richtungen ausstraalt, dann ass d'Verhältnes vun der Schallintensitéit an de Punkten S, R a Q respektiv ...
A. 16 : 25 : 100
B. 16 : 50 : 200
C. 32 : 50 : 100
D. 36 : 25 : 100
E. 72 : 25 : 200
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
D'Distanz vum Punkt Q vun der Schallquell (rQ) = 3 Meter
Distanz vum Punkt R vun der Schallquell (r₀ R ) = 6 Meter
Distanz vum Punkt S vun der Schallquell (r₂S ) = 5 Meter
Schallintensitéit um Punkt Q = IQ
Schallintensitéit um Punkt R = I R
Schallintensitéit um Punkt S = I S
Fro: Vergläich vun der Schallintensitéit an de Punkten S, R an Q ( IS : IR : IQ )
Äntwert:
Schallintensitéit um Punkt S:
Schallintensitéit um Punkt R:
Schallintensitéit um Punkt S:
Vergläich vun der Schallintensitéit op de Punkten S, R an Q:
Déi richteg Äntwert ass D.
8. Schallwellen verbreeden sech vun hirer Quell gläichméisseg an all Richtungen. De Punkt A ass op enger Distanz P vun der Schallquell, de Punkt B ass op enger Distanz vun 2P vun der Schallquell, an de Punkt C ass op enger Distanz vun 4P vun der Schallquell. D'Verhältnes vun den Schallintensitéiten, déi vun A, B an C empfaange ginn, ass…
A. 16 : 4 : 1
B. 4 : 2 : 1
C. 4 : 1 : 16
D. 1 : 2 : 4
E. 1 : 4 : 16
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Distanz vum Punkt A vun der Schallquell (r A ) = P
Distanz vum Punkt B vun der Schallquell (rB ) = 2P
Distanz vum Punkt C vun der Schallquell (r²C ) = 4P
Schallintensitéit um Punkt A = I A
Schallintensitéit um Punkt B = I B
Schallintensitéit um Punkt C = IC
Fro: Vergläich vun der Schallintensitéit an de Punkten A, B an C ( IA : IB : IC )
Äntwert:
Schallintensitéit um Punkt A:
Schallintensitéit um Punkt B:
Schallintensitéit um Punkt C:
Vergläich vun der Schallintensitéit op de Punkten A, B an C:
Déi richteg Äntwert ass A.
9. Doppler-Effekt
Déi folgend Bild weist e Polizeiauto, deen engem motoriséierte Kriminellen noleeft:
E Polizeiauto, deen seng Sireen mat enger Frequenz vun 9,30 Hz lauft, verfollegt d'Motorrad vun engem Kriminellen, deen mat enger Geschwindegkeet vun 72 km/h -1 fortflücht . D'Policeauto beschleunegt op 108 km/h -1 fir de Kriminellen anzehalen. Wann d'Schallgeschwindegkeet an der Loft 340 m/s -1 ass , dann ass d'Frequenz vum Sireenton, deen de Kriminellen um Motorrad héiert,...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C.960 Hz
D. 1.020 Hz
E. 1.200 Hz
Diskussioun
Schëlderregelen:
v ass ëmmer positiv
v p ass positiv, wann de Lauschterer sech der Schallquell ukënnt
v p ass negativ, wann de Lauschterer sech vun der Schallquell ewech beweegt
v s ass positiv, wann d'Schallquell vum Lauschterer ewech geriicht ass
v s ass negativ, wann d'Schallquell dem Lauschterer no kënnt
v p = 0 wann de Lauschterer roueg ass
v s = 0 wann d'Schallquell roueg ass
Et ass bekannt, datt:
Schallquellfrequenz (f) = 9 x 30 Hz
Geschwindegkeet vum Lauschterer (v p ) = 72 km/h -1 = 72 (1000 Meter) / 3600 (Sekonnen) = 72.000/3600 Meter/Sekonn = 20 m/s = -20 ms -1 (negativ, well de Kriminellen sech vun der Police ewech beweegt)
Schallgeschwindegkeet (v s ) = 108 km/h -1 = 108 (1000 Meter) / 3600 (Sekonnen) = 108.000/3600 Meter/Sekonn = 30 m/s = -30 ms -1 (negativ, well d'Police sech dem Täter uschléisst)
Schallgeschwindegkeet (v) = 340 ms -1
Gewënscht: Frequenz vum Toun, deen de Lauschterer héiert (f')
Äntwert:
Doppler-Effektformel:
Déi richteg Äntwert ass C.
Schallintensitéitsniveau
10. An engem Sall léieren 100 Schüler sangen. Wann d'Schallintensitéit vun engem Schüler beim Sange 40 dB ass (dovun ausgoen, datt datselwecht fir all Kand de Fall ass), dann ass d'Schallintensitéit, déi am Sall produzéiert gëtt… (I o = 10 -12 Wm -2 )
A. 10 -4 Wochen -2
B. 10 -5 Wm -2
C. 10 -6 Wm -2
D. 10 -7 Wm -2
E. 10 -8 Wm -2
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Intensitéitsniveau vun engem Schüler (T I ) = 40 dB
Mënschlech Hörschwellintensitéit (I o ) = 10 -12 W/ m²
Zuel vun de Studenten (x) = 100
Gefrot: Schallintensitéit vun 100 Schüler
Äntwert:
Schallintensitéit vun 1 Schüler:
Schallintensitéit vun 100 Schüler:
Ech x = (x)(I)
Ix = (100)( 10-8 ) = ( 102 )( 10-8 )
I x = 10-6 W/ m²
Déi richteg Äntwert ass C.
11. D'Schallintensitéit vun 100 identesche Maschinnen ass 10⁻⁶ Watt.m⁻² . Wann I₂ = 10⁻⁶ Watt.m⁻² ass , dann ass den Schallintensitéitsniveau vun enger Maschinn….
A. 70 dB
B. 60 dB
C. 50 dB
D. 40 dB
E. 30 dB
Diskussioun
Et ass bekannt, datt:
Schallintensitéit vun 100 Maschinnen ( I x ) = 10⁻⁶ Watt.m²
Mënschlech Hörschwellintensitéit (I o ) = 10 -12 W/ m²
Zuel vun de Maschinnen (x) = 100 = 10 2
Gefrot: Den Tounintensitéitsniveau vun enger Maschinn (TI)
Äntwert:
Schallintensitéit vun 1 Maschinn:
Ech x = (x)(I)
10 -7 = (10² ) ( I )
Ech = 10 -7 / 10 2 = (10 -7 )(10 -2 ) = 10 -9
Schallintensitéitsniveau vun enger Maschinn (TI):
Déi richteg Äntwert ass E.
12. Déi allgemeng Eegeschafte vu Wellen sinn wéi follegt:
(1) kann sech net am Vakuum ausbreeden
(2) propagéiert direkt an ënnerschiddleche Medien
(3) Reflexioun erliewen
(4) Diffraktioun erliewen
(5) Stéierungen erliewen
Aus den uewe genannten Welleneegeschafte kënnt et zu de Charakteristike vu Liichtwellen, déi...
Nëmmen A. (1) an (2)
Nëmmen B. (3) an (4)
C. (2), (3) an (4)
D. (3), (4) an (5)
E. (1), (3), (4) an (5)
Diskussioun
(1) Liichtwelle sinn elektromagnetesch Wellen, déi kee Verbreedungsmedium brauchen. Well se kee Verbreedungsmedium brauchen, kënnen elektromagnetesch Wellen sech am Vakuum ausbreeden.
(2) Wann Liichtwellen, déi sech an engem Medium ausbreeden, an en neit Medium kommen, erliewen d'Liichtwellen och eng Briechung. D'Briechung vum Liicht ass d'Béiung vun der Ausbreedungsrichtung vu Liichtwellen. D'Briechung geschitt wéinst dem Ënnerscheed an der Geschwindegkeet vun de Liichtwellen an all verschiddene Medium.
(3) Nieft der Refraktioun erliewen Liichtwellen och Reflexioun. D'Reflexioun vum Liicht duerch e flaache Spigel ass e Beispill vum Phänomen vun der Liichtreflexioun. D'Reflexioun vum Liicht duerch e flaache Spigel erméiglecht et, flaach Spigelen als Make-up-Tools ze benotzen.
(4) Diffraktioun gëtt net nëmme vu elektromagnetesche Wellen ewéi Liichtwellen erlieft, mä och vu mechanesche Wellen ewéi Waasserwellen a Schallwellen.
(5) Nieft elektromagnetesche Wellen, wéi Liichtwellen, ginn Interferenzen och duerch mechanesch Wellen, wéi Waasserwellen, Seelwellen oder Schallwellen, erlieft.
Déi richteg Äntwert ass D.
13. Passt op déi folgend Welleneegeschafte op!
(1) Diffraktioun erliewen
(2) Reflexioun erliewen
(3) kann sech net am Vakuum ausbreeden
(4) kann Polariséierung erliewen
(5) beweegt sech riicht wann et duerch zwee verschidde Medien geet
Aus den uewe genannten Welleneegeschafte sinn déi, déi de Charakteristike vu Schallwellen entspriechen,...
A. (1), (2) an (3)
B. (1), (2) an (4)
C. (1), (3) an (4)
D. (2), (3) an (4)
E. (3), (4) an (5)
Diskussioun
(1) Diffraktioun gëtt net nëmme vu elektromagnetesche Wellen, wéi Liichtwellen, erlieft, mä och vu mechanesche Wellen, wéi Schallwellen.
(2) Reflexioun oder Reflexioun gëtt vun elektromagnetesche Wellen wéi Liichtwellen a mechanesche Wellen wéi Schallwellen oder Waasserwellen erlieft. E Beispill vun der Reflexioun vu Schallwellen ass en Echo.
(3) Schallwelle si mechanesch Wellen. Mechanesch Welle si Wellen, déi e Verbreedungsmedium brauchen, fir sech auszebreeden. Wann et kee Medium gëtt, wéi zum Beispill an engem Vakuum, kënnen d'Schallwelle sech net ausbreeden.
(4) Polariséierung gëtt duerch transversal Wellen wéi Seelwellen, Waasseruewerflächenwellen an elektromagnetesch Wellen wéi Liichtwellen erlieft. Schallwellen si Längswellen a kënnen dofir keng Polariséierung erliewen.
(5) Wann Schallwellen sech vun engem Medium an en anert Medium ausbreeden, erliewen se eng Briechung oder eng Ännerung vun der Ausbreedungsrichtung. Briechung geschitt wann d'Well ufänkt an en anert Medium anzetrieden.
Déi richteg Äntwert ass A.
Quell vun der Fro:
Froen zur nationaler Physikprüfung fir de Lycée/Beruffslycée
