13 eksempler på mekaniske bølger
1. Faseforskjell i transversale bølger
Se på følgende sinusformede bølgebilde!
Hvis bølgelengden til sinusoiden ovenfor er 80 cm, så er punktet som har en faseforskjell på ¾…
A. P med Q
B.P med R
C.P med S
D. Q med S
E.R med S
Diskusjon
PQ = 3/4 bølgelengde
PR = 1 1/2 = 1,5 bølgelengder
PS = 2 bølgelengder
QS = 1 1/4 = 1,25 bølgelengder
RS = 1/2 bølgelengde
Det riktige svaret er A.
2. Åpne og lukkede orgelpiper
To orgelpiper er tilgjengelige, en åpen og den andre lukket, hver med samme lengde. Hvis lydhastigheten i luft er 340 m/s, er forholdet mellom overtonefrekvensene til de to åpne orgelpipene og overtonefrekvensene til de to lukkede orgelpipene ...
Diskusjon
Det er kjent:
Lengden på en åpen og lukket orgelpipe er den samme.
Lydhastighet i luft (v) = 340 m/s
Spurte:
Svar: Sammenligning av frekvensen f for den andre overtonen (f3 ) i en åpen og lukket orgelpipe
Åpen orgelpipe
En åpen orgelpipe eller et åpent rør er et rør som har begge ender åpne som på bildet på siden.
Figuren til høyre er en graf av lydbølger i et åpent orgelrør, der nodene representerer lufttetthet og antinodene representerer luftspenning.
Grunnhøyde (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
Andre overtone (f³ ) = 3 f¹ = 3 (170/L) = 510/L
Lukket orgelpipe
En lukket orgelpipe, eller et lukket rør, er et rør med den ene enden åpen og den andre lukket, som vist på figuren nedenfor. Hvis begge ender av røret er lukket, kan ikke røret brukes.
Figuren til høyre er en graf av lydbølger i et lukket orgelrør, der nodene representerer lufttetthet og antinodene representerer luftspenning.
Grunnhøyde (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
Andre overtone (f³ ) = 3 f¹ = 3 (85/L) = 255/L
Sammenligning av den andre overtonefrekvensen f ( f3 ) for åpne og lukkede orgelpiper
510/L: 255/L
510: 255
2: 1
En lydbølgekilde med en effekt på 12,56 W sender ut bølger homogent inn i det omkringliggende mediet. Terskelintensiteten til lyden er 10⁻⁹ Wm⁻² . Strålingsintensiteten til bølgen i en avstand på 10 meter fra kilden er...
Diskusjon
Det er kjent:
Effekt = 12,56 watt
Lydterskelintensitet (I o ) = 10⁻⁶ Wm⁻²
Avstand (r) = 10 meter
Spurt: Intensitetsnivå (TI)
Jawab:
Formelen for forholdet mellom effekt (P), intensitet (I) og avstand (r):
Intensitetsnivå (TI):
4. Lydintensitet
Et høyttalersystem avgir 36 π watt akustisk effekt og et intensitetsnivå på 80 dB når det høres på avstand x fra høyttaleren. (I o = 10⁻⁹ watt.m⁻² ) . Den riktige verdien av x er…
A. 100 moh.
B. 160 moh.
Ca. 175 m
D. 225 m
Ø. 300 moh.
Diskusjon
Det er kjent at:
Effekt (P) = 36 π Watt
Intensitetsnivå (TI) = 80 dB
Avstand = x
Menneskelig hørselsgrense (I o ) = 10⁻⁹ W att.m⁻²
Spurt: Verdien av x
Jawab:
Formelen for forholdet mellom effekt (P), intensitet (I) og avstand (x):
Beregn først lydintensiteten på avstand x:
Lydintensitet:
Beregn verdien av x:
Det riktige svaret er E.
5. Reisende bølge
2015/2016 SMA/MA fysikk nasjonal eksamensoppgave nr. 24
Den vandrende bølgeligningen uttrykt i det internasjonale enhetssystemet (SI) er y = 0,2 sin (0,2 πx - 20πt)
Fra følgende utsagn:
(1) Bølgeforplantningshastighet 100 ms -1
(2) Ved x = 0 og t = 0 er bølgeavviket = 0
(3) Bølgefrekvens 20 Hz
(4) Bølgeamplitude 2 cm
Hvilken er riktig?
A. (1) og (2)
B. (1) og (3)
C. (1) og (4)
D. (2) og (4)
E. (2) og (3)
Diskusjon
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 spørsmålet ovenfor 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 sin²π ( x/10⁻⁴ -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 = bølgelengde = 10 meter
v = bølgeforplantningshastighet = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
Det riktige svaret er A.
6. Doppler-effekten
En ambulanse beveger seg med en hastighet på 72 km/ t mens den utløser sirenen med en frekvens på 1500 Hz. En motorsyklist beveger seg med en hastighet på 20 m/ s i motsatt retning av ambulansen. Hvis lydhastigheten i luften er 340 m/ s , er forholdet mellom frekvensene motorsyklisten hører når han nærmer seg og beveger seg bort fra ambulansen ...
A. 25: 36
B. 36: 49
C. 64:81
D. 81:64
E. 100: 61
Diskusjon
Regler for skilting:
v er alltid positiv
v p er positiv hvis lytteren nærmer seg lydkilden
v p er negativ hvis lytteren beveger seg bort fra lydkilden
v s er positiv hvis lydkilden vender bort fra lytteren
v s er negativ hvis lydkilden nærmer seg lytteren
v p = 0 hvis lytteren er stille
v s = 0 hvis lydkilden er stille
Det er kjent at:
Lydkildefrekvens (f) = 1500 Hz
Lytterhastighet (v p ) = 20 m/s
Lydkildens hastighet (v s ) = 72 km/time = 72 (1000 meter) / 3600 sekunder = 72 000/3600 meter/sekund = 20 m/s
Lydhastighet (v) = 340 m/s
Spørsmål: Sammenligning av frekvenser motorsyklister hører når de nærmer seg og beveger seg bort fra en ambulanse
Jawab:
Doppler-effektformel:
Frekvensen en motorsyklist hører når den nærmer seg en ambulanse
Begge er i motsatte retninger, slik at når motorsykkelen nærmer seg ambulansen, nærmer de seg hverandre. v p er positiv hvis lytteren nærmer seg lydkilden, og v s er negativ hvis lydkilden nærmer seg lytteren.
Frekvensen motorsyklister hører når de beveger seg bort fra en ambulanse
Begge er i motsatte retninger, slik at når motorsykkelen beveger seg bort fra ambulansen, beveger de seg bort fra hverandre. v p er negativ hvis lytteren beveger seg bort fra lydkilden, og v s er positiv hvis lydkilden beveger seg bort fra lytteren.
Sammenligning av frekvenser hørt av motorsyklister når de nærmer seg og beveger seg bort fra en ambulanse.
Det riktige svaret er D.
Lydintensitet
7. Se på bildet nedenfor!
Hvis punkt P er en lydkilde som stråler i alle retninger, er forholdet mellom lydintensiteten i punktene 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
Diskusjon
Det er kjent at:
Avstanden til punkt Q fra lydkilden (rQ) = 3 meter
Avstanden fra punkt R til lydkilden (r₀ R ) = 6 meter
Avstanden 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
Spørsmål: Sammenligning av lydintensitet i punktene S, R og Q ( IS : IR : IQ )
Jawab:
Lydintensitet ved punkt S:
Lydintensitet ved punkt R:
Lydintensitet ved punkt S:
Sammenligning av lydintensitet ved punktene S, R og Q:
Det riktige svaret er D.
8. Lydbølger sprer seg likt fra kilden sin i alle retninger. Punkt A er i avstand P fra lydkilden, punkt B er i avstand 2P fra lydkilden, og punkt C er i avstand 4P fra lydkilden. Forholdet mellom lydintensitetene som mottas av 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
Diskusjon
Det er kjent at:
Avstanden fra punkt A til lydkilden (r A ) = P
Avstanden fra punkt B til lydkilden (r²B ) = 2P
Avstanden fra punkt C til lydkilden (r²C ) = 4P
Lydintensitet ved punkt A = I A
Lydintensitet ved punkt B = I B
Lydintensitet ved punkt C = IC
Spørsmål: Sammenligning av lydintensitet i punktene A, B og C ( IA : IB : IC )
Jawab:
Lydintensitet ved punkt A:
Lydintensitet ved punkt B:
Lydintensitet ved punkt C:
Sammenligning av lydintensitet ved punktene A, B og C:
Det riktige svaret er A.
9. Doppler-effekten
Følgende bilde viser en politibil som jager en motorisert kriminell:
En politibil, som utløser sirenen sin med en frekvens på 9,30 Hz, jager en kriminell motorsykkel som flykter med en hastighet på 72 km/t -1 . Politibilen akselererer til 108 km/t -1 for å ta igjen kriminellen. Hvis lydhastigheten i luften er 340 m/s -1 , er frekvensen til sirenelyden som kriminellen på motorsykkelen hører...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C. 960 Hz
D. 1.020 Hz
Ø. 1.200 Hz
Diskusjon
Regler for skilting:
v er alltid positiv
v p er positiv hvis lytteren nærmer seg lydkilden
v p er negativ hvis lytteren beveger seg bort fra lydkilden
v s er positiv hvis lydkilden vender bort fra lytteren
v s er negativ hvis lydkilden nærmer seg lytteren
v p = 0 hvis lytteren er stille
v s = 0 hvis lydkilden er stille
Det er kjent at:
Lydkildefrekvens (f) = 9 x 30 Hz
Lytterens hastighet (v p ) = 72 km/t -1 = 72 (1000 meter) / 3600 (sekunder) = 72 000/3600 meter/sekund = 20 m/s = -20 ms -1 (negativ fordi forbryteren beveger seg bort fra politiet)
Lydkildens hastighet (v s ) = 108 km/t -1 = 108 (1000 meter) / 3600 (sekunder) = 108 000/3600 meter/sekund = 30 m/s = -30 ms -1 (negativ fordi politiet nærmer seg gjerningsmannen)
Lydhastighet (v) = 340 ms -1
Ønsket: Frekvens av lyd hørt av lytteren (f')
Jawab:
Doppler-effektformel:
Det riktige svaret er C.
Lydintensitetsnivå
10. I en aula lærer 100 elever å synge. Hvis lydintensitetsnivået til én elev når de synger er 40 dB (antar det samme for hvert barn), så er lydintensiteten som produseres i aulaen… ( I o = 10⁻⁹ 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
Diskusjon
Det er kjent at:
Intensitetsnivå for én elev (T I ) = 40 dB
Menneskelig hørselsterskelintensitet (I o ) = 10⁻⁹ W/ m²
Antall elever (x) = 100
Spurt: Lydintensiteten til 100 elever
Jawab:
Lydintensiteten til 1 elev:
Lydintensiteten til 100 elev:
Jeg x = (x)(I)
Ix = (100)(10-8 ) = ( 102 )( 10-8 )
I x = 10⁻⁶ W/ m²
Det riktige svaret er C.
11. Lydintensiteten til 100 identiske maskiner er 10⁻⁶ Watt.m⁻² . Hvis I⁻² = 10⁻⁶ Watt.m⁻² , er lydintensitetsnivået til en maskin….
A. 70 dB
B. 60 dB
C. 50 dB
D. 40 dB
Ø. 30 dB
Diskusjon
Det er kjent at:
Lydintensiteten til 100 maskiner ( I x ) = 10⁻⁶ Watt.m⁻²
Menneskelig hørselsterskelintensitet (I o ) = 10⁻⁹ W/ m²
Antall maskiner (x) = 100 = 102
Spurt: Lydintensitetsnivået til en maskin (TI)
Jawab:
Lydintensitet på 1 maskin:
Jeg x = (x)(I)
10 -7 = (10² ) ( I )
I = 10 -7 / 10 2 = (10 -7 )(10 -2 ) = 10 -9
Lydintensitetsnivå for en maskin (TI):
Det riktige svaret er E.
12. De generelle egenskapene til bølger er som følger:
(1) kan ikke forplante seg i vakuum
(2) forplanter seg rett i forskjellige medier
(3) oppleve refleksjon
(4) opplever diffraksjon
(5) opplever forstyrrelser
Ut fra bølgeegenskapene ovenfor, er det som tilsvarer egenskapene til lysbølger...
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)
Diskusjon
(1) Lysbølger er elektromagnetiske bølger som ikke krever et forplantningsmedium. Fordi de ikke krever et forplantningsmedium, kan elektromagnetiske bølger forplante seg i vakuum.
(2) Når lysbølger som forplanter seg i et medium kommer inn i et nytt medium, opplever lysbølgene også brytning. Lysbrytning er bøying av lysbølgenes forplantningsretning. Brytning skjer på grunn av forskjellen i hastigheten til lysbølgene i hvert forskjellige medium.
(3) I tillegg til å oppleve refraksjon, opplever lysbølger også refleksjon. Refleksjon av lys fra et flatt speil er et eksempel på fenomenet lysrefleksjon. Refleksjon av lys fra et flatt speil gjør det mulig å bruke flate speil som sminkeverktøy.
(4) Diffraksjon oppleves ikke bare av elektromagnetiske bølger som lysbølger, men også av mekaniske bølger som vannbølger og lydbølger.
(5) I tillegg til å bli opplevd av elektromagnetiske bølger som lysbølger, oppleves interferens også av mekaniske bølger som vannbølger, taubølger eller lydbølger.
Det riktige svaret er D.
13. Vær oppmerksom på følgende bølgeegenskaper!
(1) opplever diffraksjon
(2) oppleve refleksjon
(3) kan ikke forplante seg i vakuum
(4) kan oppleve polarisering
(5) beveger seg rett frem når den passerer gjennom to forskjellige medier
Ut fra bølgeegenskapene ovenfor er de som samsvarer med lydbølgenes karakteristikker...
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)
Diskusjon
(1) Diffraksjon oppleves ikke bare av elektromagnetiske bølger som lysbølger, men også av mekaniske bølger som lydbølger.
(2) Refleksjon eller sprett oppleves av elektromagnetiske bølger som lysbølger og mekaniske bølger som lydbølger eller vannbølger. Et eksempel på refleksjon av lydbølger er et ekko.
(3) Lydbølger er mekaniske bølger. Mekaniske bølger er bølger som krever et forplantningsmedium for å forplante seg. Hvis det ikke finnes noe medium, for eksempel i et vakuum, kan ikke lydbølger forplante seg.
(4) Polarisering oppleves av transversale bølger som taubølger, vannoverflatebølger og elektromagnetiske bølger som lysbølger. Lydbølger er longitudinale bølger og kan derfor ikke oppleve polarisering.
(5) Når lydbølger forplanter seg fra ett medium til et annet, opplever de refraksjon eller en endring i forplantningsretningen. Refraksjon skjer når bølgen begynner å gå inn i et annet medium.
Det riktige svaret er A.
Kilde for spørsmålet:
Nasjonale eksamensspørsmål i fysikk for videregående skole/yrkesfaglig videregående skole
