13 exemple de unde mecanice
1. Diferența de fază a undelor transversale
Priviți următoarea imagine a undei sinusoidale!
Dacă lungimea de undă a sinusoidei de mai sus este de 80 cm, atunci punctul care are o diferență de fază de ¾ este…
A. P cu Q
B. P cu R
C. P cu S
D. Q cu S
E. R cu S
Pembahasan
PQ = 3/4 lungime de undă
PR = 1 1/2 = 1,5 lungimi de undă
PS = 2 lungimi de undă
QS = 1 1/4 = 1,25 lungimi de undă
RS = 1/2 lungime de undă
Răspunsul corect este A.
2. Tuburi de orgă deschise și închise
Sunt prevăzute două tuburi de orgă, una deschisă și cealaltă închisă, fiecare de lungime egală. Dacă viteza sunetului în aer este de 340 m/s, atunci raportul dintre frecvențele armonice ale celor două tuburi de orgă deschise și frecvențele armonice ale celor două tuburi de orgă închise este…
Pembahasan
Se știe:
Lungimea unei tuburi de orgă deschise și închise este aceeași.
Viteza sunetului în aer (v) = 340 m/s
Întrebat:
Răspuns: Compararea frecvenței f a celui de-al doilea supraton (f3 ) al unei orgi deschise și închise
Tub de orgă deschis
O orgă deschisă sau un tub deschis este un tub care are ambele capete deschise, așa cum se arată în imaginea din lateral.
Figura din dreapta este un grafic al undelor sonore într-o orgă deschisă, unde nodurile reprezintă densitatea aerului, iar antinodurile reprezintă tensiunea aerului.
Pas fundamental (f 1 ) = v / 2L = 340/2L = 170/L
Al doilea supraton (f3 ) = 3 f1 = 3 (170/L) = 510/L
Tub de orgă închis
O orgă închisă, sau un tub închis, este un tub cu un capăt deschis și celălalt închis, așa cum se arată în figura de mai jos. Dacă ambele capete ale tubului sunt închise, tubul nu poate fi utilizat.
Figura din dreapta este un grafic al undelor sonore într-o orgă închisă, unde nodurile reprezintă densitatea aerului, iar antinodurile reprezintă tensiunea aerului.
Pas fundamental (f 1 ) = v / 4L = 340/4L = 85/L
Al doilea supraton (f3 ) = 3 f1 = 3 (85/L) = 255/L
Compararea frecvenței celui de-al doilea armonic f ( f3 ) a orgilor deschise și închise
510/L : 255/L
510: 255
2: 1
3. Nivelul intensității undei sonore
O sursă de undă sonoră cu o putere de 12,56 W emite unde omogene în mediul înconjurător. Intensitatea prag a sunetului este de 10⁻¹² Wm⁻² . Magnitudinea intensității radiației undei la o distanță de 10 metri de sursă este...
Pembahasan
Se știe:
Putere = 12,56 wați
Intensitatea pragului sonor ( Io ) = 10⁻¹² Wm⁻²
Distanța (r) = 10 metri
Întrebare: Nivelul de intensitate (TI)
Jawab:
Formula pentru relația dintre putere (P), intensitate (I) și distanță (r):
Nivel de intensitate (TI):
4. Intensitatea sunetului
Un sistem de difuzoare emite o putere acustică de 36 π wați și un nivel de intensitate de 80 dB atunci când este auzit la o distanță x de difuzor. (I o = 10⁻¹² ) . Valoarea corectă a lui x este…
A. 100 m
B. 160 m
C. 175 m
D. 225 m
E. 300 m
Pembahasan
Se știe că:
Putere (P) = 36 π wați
Nivel de intensitate (TI) = 80 dB
Distanță = x
Limita auzului uman (I o ) = 10⁻¹² W atm⁻²
Întrebare: Valoarea lui x
Jawab:
Formula pentru relația dintre putere (P), intensitate (I) și distanță (x):
Calculați mai întâi intensitatea sunetului la distanța x:
Intensitatea sunetului:
Calculați valoarea lui x:
Răspunsul corect este E.
5. Val călător
Întrebarea nr. 24 pentru examenul național de fizică SMA/MA 2015/2016
Ecuația undei călătoare exprimată în Sistemul Internațional de Unități (SI) este y = 0,2 sin (0,2 πx - 20πt)
Din următoarele afirmații:
(1) Viteza de propagare a undei 100 ms -1
(2) La x = 0 și t = 0, deviația undei = 0
(3) Frecvența undei 20 Hz
(4) Amplitudinea undei 2 cm
Care este corect?
A. (1) și (2)
B. (1) și (3)
C. (1) și (4)
D. (2) și (4)
E. (2) și (3)
Pembahasan
Trei forme ale ecuațiilor de undă:
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T și 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 și λ = v / f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
Ecuația undei călătoare din întrebarea de mai sus este aceeași ca în forma 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/10⁻¹ - 10t)
y = A sin 2π (ft – x/λ)
A = amplitudine = 0,2 metri = 0,2 (100 cm) = 20 cm
f = frecvență = 10 s -1 = 10 Hertz
λ = lungime de undă = 10 metri
v = viteza de propagare a undei = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
Răspunsul corect este A.
6. Efectul Doppler
O ambulanță se deplasează cu o viteză de 72 km/ h în timp ce emite sirena cu o frecvență de 1500 Hz. Un motociclist se deplasează cu o viteză de 20 m/ s în direcția opusă ambulanței. Dacă viteza sunetului în aer este de 340 m/ s , atunci raportul dintre frecvențele auzite de motociclist la apropierea și îndepărtarea de ambulanță este...
A. 25:36
B. 36:49
C. 64: 81
D. 81:64
E. 100:61
Pembahasan
Reguli de semnătură:
v este întotdeauna pozitiv
v p este pozitiv dacă ascultătorul se apropie de sursa sonoră
v p este negativ dacă ascultătorul se îndepărtează de sursa sonoră
v s este pozitiv dacă sursa sonoră este orientată în direcția opusă ascultătorului
v s este negativ dacă sursa sonoră se apropie de ascultător
v p = 0 dacă ascultătorul este tăcut
v s = 0 dacă sursa sonoră este silențioasă
Se știe că:
Frecvența sursei sonore (f) = 1500 Hz
Viteza ascultătorului (v p ) = 20 m/s
Viteza sursei sonore (v s ) = 72 km/oră = 72 (1000 metri) / 3600 secunde = 72.000 / 3600 metri/secundă = 20 m/s
Viteza sunetului (v) = 340 m/s
Întrebare: Compararea frecvențelor auzite de motocicliști la apropierea și îndepărtarea de o ambulanță
Jawab:
Formula efectului Doppler:
Frecvența auzită de un motociclist când se apropie de o ambulanță
Ambele sunt în direcții opuse, astfel încât atunci când motocicleta se apropie de ambulanță, se apropie una de cealaltă. v p este pozitiv dacă ascultătorul se apropie de sursa sonoră, iar v s este negativ dacă sursa sonoră se apropie de ascultător.
Frecvența auzită de motocicliști atunci când se îndepărtează de o ambulanță
Ambele sunt în direcții opuse, astfel încât atunci când motocicleta se îndepărtează de ambulanță, ele se îndepărtează una de cealaltă. v p este negativ dacă ascultătorul se îndepărtează de sursa sonoră, iar v s este pozitiv dacă sursa sonoră se îndepărtează de ascultător.
Compararea frecvențelor auzite de motocicliști la apropierea și îndepărtarea de o ambulanță.
Răspunsul corect este D.
Intensitatea sunetului
7. Privește imaginea următoare!
Dacă punctul P este o sursă sonoră care radiază în toate direcțiile, atunci raportul dintre intensitatea sunetului în punctele S, R și respectiv Q este...
A. 16:25:100
B. 16:50:200
C. 32:50:100
D. 36:25:100
E. 72 : 25 : 200
Pembahasan
Se știe că:
Distanța punctului Q față de sursa sonoră (rQ) = 3 metru
Distanța punctului R față de sursa sonoră (rR ) = 6 metri
Distanța punctului S față de sursa sonoră (rS ) = 5 metri
Intensitatea sunetului în punctul Q = I Q
Intensitatea sunetului în punctul R = I R
Intensitatea sunetului în punctul S = I S
Întrebare: Compararea intensității sunetului în punctele S, R și Q ( IS : IR : IR Q )
Jawab:
Intensitatea sunetului în punctul S:
Intensitatea sunetului în punctul R:
Intensitatea sunetului în punctul S:
Compararea intensității sunetului în punctele S, R și Q:
Răspunsul corect este D.
8. Undele sonore se răspândesc de la sursa lor în mod egal în toate direcțiile. Punctul A se află la o distanță P de sursa sonoră, punctul B se află la o distanță de 2P de sursa sonoră, iar punctul C se află la o distanță de 4P de sursa sonoră. Raportul dintre intensitățile sonore recepționate de A, B și C este…
A. 16:4:1
B. 4:2:1
C. 4:1:16
D. 1:2:4
E. 1 : 4 : 16
Pembahasan
Se știe că:
Distanța punctului A față de sursa sonoră (r A ) = P
Distanța punctului B față de sursa sonoră (rB ) = 2P
Distanța punctului C față de sursa sonoră (r C ) = 4P
Intensitatea sunetului în punctul A = I A
Intensitatea sunetului în punctul B = IB
Intensitatea sunetului în punctul C = IC
Întrebare: Compararea intensității sunetului în punctele A, B și C ( IA : IB : IC )
Jawab:
Intensitatea sunetului în punctul A:
Intensitatea sunetului în punctul B:
Intensitatea sunetului în punctul C:
Compararea intensității sunetului în punctele A, B și C:
Răspunsul corect este A.
9. Efectul Doppler
Următoarea imagine prezintă o mașină de poliție urmărind un infractor motorizat:
O mașină de poliție, cu sirena acționată cu o frecvență de 9,30 Hz, urmărește motocicleta unui criminal care fuge cu o viteză de 72 km/h -1 . Mașina de poliție accelerează la 108 km/h -1 pentru a-l ajunge din urmă pe criminal. Dacă viteza sunetului în aer este de 340 m/s -1 , atunci frecvența sunetului sirenei auzit de criminalul de pe motocicletă este...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C. 960 Hz
D. 1.020 Hz
E. 1.200 Hz
Pembahasan
Reguli de semnătură:
v este întotdeauna pozitiv
v p este pozitiv dacă ascultătorul se apropie de sursa sonoră
v p este negativ dacă ascultătorul se îndepărtează de sursa sonoră
v s este pozitiv dacă sursa sonoră este orientată în direcția opusă ascultătorului
v s este negativ dacă sursa sonoră se apropie de ascultător
v p = 0 dacă ascultătorul este tăcut
v s = 0 dacă sursa sonoră este silențioasă
Se știe că:
Frecvența sursei sonore (f) = 9 30 Hz
Viteza ascultătorului (v p ) = 72 km/h -1 = 72 (1000 metri) / 3600 (secunde) = 72.000/3600 metri/secundă = 20 m/s = -20 ms -1 (negativă deoarece infractorul se îndepărtează de poliție)
Viteza sursei sonore (v s ) = 108 km/h -1 = 108 (1000 metri) / 3600 (secunde) = 108.000 / 3600 metri/secundă = 30 m/s = -30 ms -1 (negativă deoarece poliția se apropie de infractor)
Viteza sunetului (v) = 340 ms -1
Cerința: Frecvența sunetului auzit de ascultător (f')
Jawab:
Formula efectului Doppler:
Răspunsul corect este C.
Nivelul intensității sunetului
10. Într-o sală, 100 de elevi învață să cânte. Dacă nivelul intensității sunetului produs de un elev atunci când cântă este de 40 dB (presupunând că este același pentru fiecare copil), atunci intensitatea sunetului produsă în sală este… ( Io = 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
Pembahasan
Se știe că:
Nivelul de intensitate al unui elev (T I ) = 40 dB
Intensitatea pragului auzului uman (I o ) = 10⁻¹² W/ m²
Numărul de studenți (x) = 100
Întrebare: Intensitatea sunetului a 100 de elevi
Jawab:
Intensitatea sunetului pentru 1 elev:
Intensitatea sunetului pentru 100 elev:
Eu x = (x)(I)
I x = (100)( 10-8 ) = ( 10² )( 10-8 )
I x = 10⁻⁶ W/ m²
Răspunsul corect este C.
11. Intensitatea sunetului a 100 de mașini identice este de 10⁻⁷ wați m⁻² . Dacă I₂ = 10⁻¹² , atunci nivelul intensității sunetului unei mașini este…
A. 70 dB
B. 60 dB
C. 50 dB
D. 40 dB
E. 30 dB
Pembahasan
Se știe că:
Intensitatea sunetului a 100 de mașini (I x ) = 10⁻¹ Watt.m⁻²
Intensitatea pragului auzului uman (I o ) = 10⁻¹² W/ m²
Numărul de mașini (x) = 100 = 10²
Întrebare: Nivelul intensității sonore a unei mașini (TI)
Jawab:
Intensitatea sunetului unei mașini:
Eu x = (x)(I)
10 -7 = (10² ) ( I )
I = 10⁻⁷ / 10⁻⁷ = ( 10⁻⁷ )( 10⁻² ) = 10⁻⁷
Nivelul intensității sonore a unei mașini (TI):
Răspunsul corect este E.
12. Proprietățile generale ale undelor sunt următoarele:
(1) nu se poate propaga în vid
(2) se propagă direct în diferite medii
(3) experimentarea reflecției
(4) experimentarea difracției
(5) se confruntă cu interferențe
Din proprietățile undelor de mai sus, ceea ce corespunde caracteristicilor undelor luminoase este...
A. Doar (1) și (2)
B. Doar (3) și (4)
C. (2), (3) și (4)
D. (3), (4) și (5)
E. (1), (3), (4) și (5)
Pembahasan
(1) Undele luminoase sunt unde electromagnetice care nu necesită un mediu de propagare. Deoarece nu necesită un mediu de propagare, undele electromagnetice se pot propaga în vid.
(2) Când undele luminoase care se propagă într-un mediu pătrund într-un mediu nou, undele luminoase experimentează și ele refracția. Refracția luminii este curbarea direcției de propagare a undelor luminoase. Refracția are loc din cauza diferenței de viteză a undelor luminoase în fiecare mediu diferit.
(3) Pe lângă faptul că sunt supuse refracției, undele luminoase sunt supuse și reflexiei. Reflexia luminii de către o oglindă plană este un exemplu al fenomenului de reflexie a luminii. Reflexia luminii de către o oglindă plană face posibilă utilizarea oglinzilor plate ca instrumente de machiaj.
(4) Difracția nu este resimțită doar de undele electromagnetice, cum ar fi undele luminoase, ci și de undele mecanice, cum ar fi undele de apă și undele sonore.
(5) Pe lângă interferențele resimțite de undele electromagnetice, cum ar fi undele luminoase, undele mecanice, cum ar fi undele apei, undele frânghiei sau undele sonore, sunt resimțite și de undele mecanice.
Răspunsul corect este D.
13. Acordați atenție următoarelor proprietăți ale undelor!
(1) experimentarea difracției
(2) experimentarea reflecției
(3) nu se poate propaga în vid
(4) poate experimenta polarizarea
(5) se mișcă drept atunci când trece prin două medii diferite
Din proprietățile undelor de mai sus, cele care corespund caracteristicilor undelor sonore sunt...
A. (1), (2) și (3)
B. (1), (2) și (4)
C. (1), (3) și (4)
D. (2), (3) și (4)
E. (3), (4) și (5)
Pembahasan
(1) Difracția nu este resimțită doar de undele electromagnetice, cum ar fi undele luminoase, ci și de undele mecanice, cum ar fi undele sonore.
(2) Reflexia sau oscilația este resimțită de undele electromagnetice, cum ar fi undele luminoase, și undele mecanice, cum ar fi undele sonore sau undele de apă. Un exemplu de reflexie a undei sonore este ecoul.
(3) Undele sonore sunt unde mecanice. Undele mecanice sunt unde care necesită un mediu de propagare pentru a se propaga. Dacă nu există un mediu, cum ar fi în vid, atunci undele sonore nu se pot propaga.
(4) Polarizarea este experimentată de undele transversale, cum ar fi undele de frânghie, undele de suprafață ale apei și undele electromagnetice, cum ar fi undele luminoase. Undele sonore sunt unde longitudinale și, prin urmare, nu pot experimenta polarizarea.
(5) Atunci când se propagă dintr-un mediu în altul, undele sonore experimentează refracția sau o schimbare a direcției de propagare. Refracția are loc atunci când unda începe să pătrundă într-un mediu diferit.
Răspunsul corect este A.
Sursa întrebării:
Întrebări de fizică pentru examenul național de liceu/liceu vocațional
