Przykładowe pytania i wzory fal dźwiękowych
Intensywność dźwięku
1. Poziom natężenia dźwięku wskazuje wartość logarytmiczną….
- Porównanie mocy w danym miejscu z mocą wytwarzaną przez źródło dźwięku
- Intensywność dźwięku na jednostkę powierzchni
- Intensywność dźwięku w pewnej odległości od jego źródła
- Porównanie natężenia dźwięku z natężeniem progu słyszalności człowieka
Pembahasan
Wzór na poziom natężenia dźwięku:
Opis wzoru: TI = poziom intensywności, I = intensywność dźwięku, Io = intensywność progu słyszalności człowieka = 10-12 W / m2
Na podstawie powyższego wzoru można stwierdzić, że poziom natężenia dźwięku określa logarytmiczną wartość porównania natężenia dźwięku z natężeniem progu słyszalności człowieka.
Prawidłowa odpowiedź to D.
2. Natężenie dźwięku wynosi 6 x 10-6 W /cm2 . Jeżeli następnie zwiększymy natężenie dźwięku o 10 dB, natężenie wyniesie….
- X 6 10-5 W / cm2
- X 6 10-7 W / cm2
- X 3 10-6 W / cm2
- X 12 10-6 W / cm2
Pembahasan
Wiadomo, że:
Intensywność (I) = 6 x 10-6 W / cm2
Intensywność progowa (Io) = 10-12 W / m2 = 10-12 W/104 cm2 = 10-16 W / cm2
Zapytano: Jeżeli TI zwiększymy o 10 dB, to I stanie się….
Jawab:
Wzrost natężenia dźwięku o 10 W/m2 = 10-3 W / cm2 co odpowiada zwiększeniu poziomu natężenia dźwięku o 10 dB.2 W / m2 = 10-2 W / cm2 co odpowiada zwiększeniu poziomu natężenia dźwięku o 20 dB. I tak dalej.
Jeżeli poziom intensywności zostanie zwiększony o 10 dB, wówczas intensywność wzrośnie o 10-3 W / cm2. Zatem intensywność wynosi (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.
Nie ma dobrej odpowiedzi.
Rezonans fali dźwiękowej
3. Spójrz na poniższy obrazek!
Po tym, jak kamerton A zostanie wprawiony w drgania przez bijak, kamerton B również wibruje. Dzieje się tak, ponieważ…
- Kamerton A ma taką samą amplitudę jak kamerton B
- Obydwa kamertony wykorzystują tę samą skrzynię rezonansową.
- Kamerton B ma tę samą częstotliwość co kamerton A
- Barwa dźwięku wytwarzanego przez oba kamertony jest taka sama.
Pembahasan
Po wprawieniu w drgania przez bijak, kamerton A wprawia w drgania powietrze wokół siebie, tak że powietrze również wibruje z tą samą częstotliwością. Następnie powietrze wibruje kamerton B. Kamerton B zasadniczo również wibruje z własną częstotliwością, ale jego amplituda drgań jest bardzo mała i jego drgania nie są widoczne gołym okiem. Ponieważ częstotliwość własna kamertonu B jest taka sama jak częstotliwość drgań powietrza i częstotliwość kamertonu A, cząsteczki powietrza zwiększają amplitudę drgań kamertonu B. Kamerton B wydaje się wibrować, ponieważ amplituda jego drgań jest widoczna gołym okiem.
Prawidłowa odpowiedź to C.
4. Rura rezonansowa wydaje głośny brzęczący dźwięk po raz pierwszy, gdy długość słupa powietrza wynosi 17 cm, oraz głośny brzęczący dźwięk po raz drugi, gdy długość słupa powietrza wynosi 51 cm. Jeśli częstotliwość użytego kamertonu wynosi 500 Hz, prędkość rozchodzenia się powietrza w rurze wynosi…
- 138 m / s
- 230 m / s
- 340 m / s
- 461 m / s
Pembahasan
Rura rezonansowa ma jeden koniec otwarty, a drugi zamknięty, tak że odległość między wierzchołkiem i antywęzłem wynosi minimalna długość rury = ¼ λ = λ/4.
Wzór na długość walca:
Odległość między punktami węzłowymi i antywęzłami w rurach rezonansowych o otwartym i zamkniętym końcu jest spełniona, gdy n jest liczbą nieparzystą.
Długość fali dla n1 = 1 i L = 0,17 metra:
Długość fali dla n2 = 3 i L = 0,51 metra:
Prawidłowa odpowiedź to C.
Prędkość fal dźwiękowych
5. Aby zmierzyć głębokość oceanu, statek emituje fale ultradźwiękowe w kierunku dna morskiego. Fale odbite są odbierane przez detektor na statku po 12 sekundach. Jeśli prędkość fal ultradźwiękowych w wodzie wynosi 1200 m/s, głębokość oceanu można wywnioskować jako…
- 7,2 km
- 14,4 km
- 21,6 km
- 28,8 km
Pembahasan
Wiadomo, że:
Fala odbita jest odbierana przez detektor na statku w ciągu 12 sekund. Zatem 12 sekund to czas podróży w obie strony.
Przedział czasu (t) = 12 sekund / 2 = 6 sekund
Prędkość fal ultradźwiękowych w wodzie (v) = 1200 m/s
Zapytano: Głębokość morza (s)
Jawab:
Głębokość morza (s):
s = vt
s = (1200 metrów na sekundę) (6 sekund) = 7200 metrów = 7,2 kilometra
Prawidłowa odpowiedź to A.
6. Grzmot słychać 8 sekund po zauważeniu błysku pioruna. Jeśli prędkość światła wynosi 3 x 108 m /s, a prędkość dźwięku w powietrzu 340 m/s, to odległość między źródłem pioruna a słuchaczem można oszacować na…
- 1,82 km
- 2,72 km
- 4,25 km
- 7,24 km
Pembahasan
Wiadomo, że:
Przedział czasu (t) ruchu dźwiękowego = 8 sekund
Prędkość światła (v światła) = 3 x 108 metrów na sekundę
Prędkość dźwięku w powietrzu (v sound) = 340 metrów na sekundę
Zapytano: Odległość między źródłem pioruna a słuchaczem
Jawab:
Prędkość światła jest tak duża, że można uważać, że wystąpienie pioruna i pojawienie się błyskawicy następują w tym samym czasie.
Odległość od źródła pioruna do słuchacza:
s = vt = (340 metrów na sekundę)(8 sekund) = 2720 metrów = 2,72 km
Prawidłowa odpowiedź to B.
7. W pewnym miejscu obserwator słyszy grzmot 16,2 sekundy po pojawieniu się pioruna. Jeśli prędkość światła w powietrzu wynosi 3 x 108 m /s, a prędkość dźwięku w powietrzu w tym czasie wynosi 343 m/s, to szacowana odległość między miejscem wystąpienia pioruna a obserwatorem wynosi około…
- 5,5 km
- 12,5 km
- 25 km
- 55 km
Pembahasan
Wiadomo, że:
Przedział czasu (t) ruchu dźwiękowego = 16,2 sekund
Prędkość światła (v światła) = 3 x 108 metrów na sekundę
Prędkość dźwięku w powietrzu (v sound) = 343 metrów na sekundę
Zapytano: Odległość między miejscem wystąpienia pioruna a obserwatorem
Jawab:
Prędkość światła jest tak duża, że można uważać, że wystąpienie pioruna i pojawienie się błyskawicy następują w tym samym czasie.
Odległość od źródła pioruna do słuchacza:
s = vt = (343 metrów na sekundę)(16,2 sekund) = 5556,6 metrów = 5,5 km
Prawidłowa odpowiedź to A.
Częstotliwość fali dźwiękowej
8. Dźwięk C wydawany przez strunę gitary i dźwięk C wydawany przez fortepian mają podobieństwa, ponieważ….
- częstotliwość dźwięku
- barwa dźwięku
- amplituda dźwięku
- intensywność dźwięku
Pembahasan
Dźwięk C struny gitary i dźwięk C fortepianu mają podobieństwa pod względem częstotliwości i wysokości dźwięku.
Prawidłowa odpowiedź to A.
Propagacja fal dźwiękowych
9. W ciągu dnia powietrze bliżej ziemi ma wyższą temperaturę niż powietrze dalej od ziemi. W nocy sytuacja jest odwrotna: powietrze bliżej ziemi ma niższą temperaturę niż powietrze dalej od ziemi. Dlatego…
- W ciągu dnia dźwięk rozchodzi się bardziej w górę niż w poziomie
- W nocy dźwięk rozchodzi się bardziej w górę niż w poziomie
- W dzień i w nocy dźwięk rozchodzi się we wszystkich kierunkach.
- W dzień i w nocy dźwięk rozchodzi się bardziej poziomo niż w górę
Pembahasan
W ciągu dnia powietrze bliżej ziemi ma wyższą temperaturę niż powietrze dalej od niej. Innymi słowy, w ciągu dnia powietrze bliżej ziemi jest cieplejsze niż powietrze dalej od ziemi. Cieplejsze powietrze ma mniejszą gęstość, więc łatwiej unosi się w górę. Dlatego w ciągu dnia powietrze przemieszcza się bardziej w górę. Dźwięk rozchodzi się w powietrzu we wszystkich kierunkach. Jednak ponieważ powietrze porusza się bardziej w górę w ciągu dnia, dźwięk również przemieszcza się bardziej w górę.
Z kolei w nocy powietrze nie przemieszcza się tak mocno w górę, przez co dźwięk nie rozchodzi się tak wysoko. Dlatego w nocy słychać odległe dźwięki, podczas gdy w ciągu dnia trudno je usłyszeć.
Prawidłowa odpowiedź to A.
