13 примеров механических волн
1. Разность фаз поперечных волн
Посмотрите на следующее изображение синусоидальной волны !
Если длина волны синусоидального сигнала, изображенного выше, равна 80 см, то точка, в которой разность фаз составляет ¾, — это…
А. П с Q
Б. П с Р
С. П с С.
Д. Q с С
Е. Р с С
Обсуждение
PQ = 3/4 длины волны
PR = 1 1/2 = 1,5 длины волны
PS = 2 длины волны
QS = 1 1/4 = 1,25 длины волны
RS = 1/2 длины волны
Правильный ответ — А.
2. Открытые и закрытые органные трубы
Имеются две органные трубы, одна открытая, другая закрытая, каждая одинаковой длины. Если скорость звука в воздухе составляет 340 м/с, то отношение частот обертонов двух открытых органных труб к частотам обертонов двух закрытых органных труб равно…
Обсуждение
Известно:
Длина открытой и закрытой органной трубы одинакова.
Скорость звука в воздухе (v) = 340 м/с
Вопрос:
Ответ: Сравнение частоты f второго обертона (f3 ) открытой и закрытой органной трубы.
Открытая органная труба
Открытая органная труба или открытая трубка — это трубка, у которой оба конца открыты, как показано на рисунке сбоку.
На рисунке справа представлен график звуковых волн в открытой органной трубе, где узлы представляют плотность воздуха, а пучности — натяжение воздуха.
Основной шаг (f 1 ) = v/2L = 340/2L = 170/L
Второй обертон (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (170/L) = 510/L
Закрытая органная труба
Закрытая органная труба, или закрытая трубка, — это трубка, у которой один конец открыт, а другой закрыт, как показано на рисунке ниже. Если оба конца трубки закрыты, трубка не может быть использована.
На рисунке справа представлен график звуковых волн в закрытой органной трубе, где узлы представляют плотность воздуха, а пучности — натяжение воздуха.
Основной шаг (f 1 ) = v/4L = 340/4L = 85/L
Второй обертон (f 3 ) = 3 f 1 = 3 (85/L) = 255/L
Сравнение частоты второго обертона f (f 3 ) открытых и закрытых органных труб
510/л : 255/л
510: 255
2: 1
3. Уровень интенсивности звуковой волны
Источник звуковых волн мощностью 12,56 Вт излучает волны в окружающую среду однородно. Пороговая интенсивность звука составляет 10⁻¹² Вт · м⁻² . Величина интенсивности излучения волны на расстоянии 10 метров от источника равна...
Обсуждение
Известно:
Daya = 12,56 Watt
Пороговая интенсивность звука (I o ) = 10 -12 Вт ·м⁻²
Расстояние (r) = 10 метров
Вопрос: Уровень интенсивности (ИТ)
Jawab:
Формула для соотношения мощности (P), интенсивности (I) и расстояния (r):
Уровень интенсивности (ТИ):
4. Интенсивность звука
Акустическая система излучает 36 π ватт акустической мощности и имеет уровень интенсивности 80 дБ при прослушивании на расстоянии x от громкоговорителя. (I o = 10⁻¹² ватт· м⁻² ). Правильное значение x равно…
A. 100 м
B. 160 м
C. 175 м
D. 225 м
Э. 300 м
Обсуждение
Известно, что:
Мощность (P) = 36 π Вт
Уровень интенсивности (ТИ) = 80 дБ
Расстояние = x
Предел человеческого слуха (I o ) = 10 -12 Вт ·атт·м -2
Вопрос: Значение x
Джаваб:
Формула для соотношения мощности (P), интенсивности (I) и расстояния (x):
Сначала рассчитайте интенсивность звука на расстоянии x:
Интенсивность звука:
Вычислите значение x:
Правильный ответ — Е.
5. Бегущая волна
Вопрос № 24 к национальному экзамену по физике для учащихся старших классов средней школы (SMA/MA) за 2015/2016 учебный год.
Уравнение бегущей волны, выраженное в Международной системе единиц (СИ), имеет вид y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
Исходя из следующих утверждений:
(1) Скорость распространения волны 100 мс⁻¹
(2) При x = 0 и t = 0 отклонение волны равно 0
(3) Частота волны 20 Гц
(4) Амплитуда волны 2 см
Какой из вариантов правильный?
А. (1) и (2)
Б. (1) и (3)
С. (1) и (4)
Д. (2) и (4)
Е. (2) и (3)
Обсуждение
Три формы волновых уравнений:
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T и 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 и λ = v / f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
Уравнение бегущей волны в приведенном выше вопросе идентично уравнению во второй форме:
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)
А = амплитуда = 0,2 метра = 0,2 (100 см) = 20 см
f = частота = 10 с⁻¹ = 10 Герц
λ = длина волны = 10 метров
v = скорость распространения волны = f λ = (10 с -1 )(10 м) = 100 мс -1
Правильный ответ — А.
6. Эффект Доплера
Машина скорой помощи движется со скоростью 72 км/ ч , одновременно включая сирену с частотой 1500 Гц. Мотоциклист движется со скоростью 20 м/ с в противоположном направлении от машины скорой помощи. Если скорость звука в воздухе составляет 340 м/ с , то отношение частот, воспринимаемых мотоциклистом при приближении к машине скорой помощи и при удалении от нее, равно…
А. 25 : 36
Б. 36 : 49
С. 64 : 81
Д. 81 : 64
Е. 100:61
Обсуждение
Правила размещения вывесок:
v всегда положительно
v p положительно, если слушатель приближается к источнику звука.
Значение v p отрицательно, если слушатель удаляется от источника звука.
Значение v s положительно, если источник звука направлен в сторону от слушателя.
Значение v s отрицательно, если источник звука приближается к слушателю.
v p = 0, если слушатель молчит
v s = 0, если источник звука молчит.
Известно, что:
Частота источника звука (f) = 1500 Гц
Скорость слушателя (v p ) = 20 м/с
Скорость источника звука (v/ с ) = 72 км/час = 72 (1000 метров) / 3600 секунд = 72 000 / 3600 метров/секунду = 20 м/с
Скорость звука (v) = 340 м/с
Вопрос: Сравнение частот, воспринимаемых мотоциклистами при приближении к машине скорой помощи и при отъезде от нее.
Джаваб:
Формула эффекта Доплера:
Частота, которую слышит мотоциклист, приближаясь к машине скорой помощи.
Оба сигнала направлены в противоположные стороны, так что когда мотоцикл приближается к машине скорой помощи, они приближаются друг к другу. v p положительно, если слушатель приближается к источнику звука, а v s отрицательно, если источник звука приближается к слушателю.
Частота, которую слышат мотоциклисты, отъезжая от машины скорой помощи.
Оба параметра направлены в противоположные стороны, так что когда мотоцикл удаляется от машины скорой помощи, они удаляются друг от друга. Значение vp отрицательно , если слушатель удаляется от источника звука, а значение vs положительно, если источник звука удаляется от слушателя.
Сравнение частот, воспринимаемых мотоциклистами при приближении к машине скорой помощи и при отъезде от неё.
Правильный ответ — D.
Интенсивность звука
7. Посмотрите на следующую картинку!
Если точка P — источник звука, излучающий во всех направлениях, то отношение интенсивности звука в точках S, R и Q соответственно равно...
А. 16 : 25 : 100
Б. 16 : 50 : 200
C. 32 : 50 : 100
Д. 36 : 25 : 100
Е. 72 : 25 : 200
Обсуждение
Известно, что:
Расстояние точки Q от источника звука (r)Q) = 3 метра
Расстояние точки R от источника звука (r R ) = 6 метров
Расстояние точки S от источника звука (r S ) = 5 метров
Интенсивность звука в точке Q = I Q
Интенсивность звука в точке R = I R
Интенсивность звука в точке S = I S
Вопрос: Сравнение интенсивности звука в точках S, R и Q ( IS : IR : Q )
Джаваб:
Интенсивность звука в точке S:
Интенсивность звука в точке R:
Интенсивность звука в точке S:
Сравнение интенсивности звука в точках S, R и Q:
Правильный ответ — D.
8. Звуковые волны распространяются от источника во всех направлениях равномерно. Точка А находится на расстоянии P от источника звука, точка В — на расстоянии 2P от источника звука, а точка С — на расстоянии 4P от источника звука. Отношение интенсивностей звука, принимаемых точками А, В и С, равно…
А. 16 : 4 : 1
Б. 4 : 2 : 1
C. 4 : 1 : 16
Д. 1 : 2 : 4
Е. 1 : 4 : 16
Обсуждение
Известно, что:
Расстояние точки А от источника звука (r A ) = P
Расстояние точки B от источника звука (r B ) = 2P
Расстояние точки C от источника звука (r C ) = 4P
Интенсивность звука в точке А = I А
Интенсивность звука в точке B = I B
Интенсивность звука в точке C = IC
Вопрос: Сравнение интенсивности звука в точках A, B и C ( IA : IB : IC )
Джаваб:
Интенсивность звука в точке А:
Интенсивность звука в точке B:
Интенсивность звука в точке С:
Сравнение интенсивности звука в точках А, В и С:
Правильный ответ — А.
9. Эффект Доплера
На следующем изображении показана полицейская машина, преследующая преступника на моторизованном транспортном средстве:
Полицейская машина, включив сирену с частотой 9,30 Гц, преследует мотоцикл преступника, который убегает со скоростью 72 км/ч . Полицейская машина разгоняется до 108 км/ч, чтобы догнать преступника. Если скорость звука в воздухе составляет 340 м/с , то частота звука сирены, которую слышит преступник на мотоцикле, равна...
А. 850 Гц
Б. 900 Гц
С. 960 Гц
Д. 1.020 Гц
Е. 1.200 Гц
Обсуждение
Правила размещения вывесок:
v всегда положительно
v p положительно, если слушатель приближается к источнику звука.
Значение v p отрицательно, если слушатель удаляется от источника звука.
Значение v s положительно, если источник звука направлен в сторону от слушателя.
Значение v s отрицательно, если источник звука приближается к слушателю.
v p = 0, если слушатель молчит
v s = 0, если источник звука молчит.
Известно, что:
Частота источника звука (f) = 9 30 Гц
Скорость слушателя (v p ) = 72 км/ч -1 = 72 (1000 метров) / 3600 (секунд) = 72 000 / 3600 метров/секунду = 20 м/с = -20 м/с -1 (отрицательное значение, поскольку преступник удаляется от полиции)
Скорость источника звука (v/ с ) = 108 км/ч - 1 = 108 (1000 метров) / 3600 (секунд) = 108 000 / 3600 метров/секунду = 30 м/с = -30 м/с - 1 (отрицательное значение, потому что полиция приближается к преступнику)
Скорость звука (v) = 340 м/ с
Требуется: частота звука, воспринимаемого слушателем (f')
Джаваб:
Формула эффекта Доплера:
Правильный ответ — C.
Уровень интенсивности звука
10. В зале 100 учеников учатся петь. Если уровень интенсивности звука, издаваемого одним учеником во время пения, составляет 40 дБ (предположим, что он одинаков для всех детей), то интенсивность звука, производимого в зале, равна… (I o = 10 -12 Вт· м⁻² )
А. 10 -4 Вт· м⁻²
Б. 10 -5 Вт· м⁻²
C. 10 -6 Вт· м⁻²
Д. 10 -7 Вт· м⁻²
E. 10 -8 Вт· м⁻²
Обсуждение
Известно, что:
Уровень интенсивности одного студента (T I ) = 40 дБ
Интенсивность порога слуха человека (I o ) = 10 -12 Вт/м 2
Количество студентов (x) = 100
Вопрос: Интенсивность звука у 100 студентов.
Джаваб:
Интенсивность звука у 1 студента:
Интенсивность звука у 100 студента:
I x = (x)(I)
I x = (100)(10 -8 ) = (10 2 )(10 -8 )
I x = 10 -6 Вт/м 2
Правильный ответ — C.
11. Интенсивность звука 100 одинаковых машин составляет 10⁻⁷ Вт · м⁻² . Если I₀ = 10⁻¹² Вт · м⁻² , то уровень интенсивности звука машины равен…
А. 70 дБ
Б. 60 дБ
С. 50 дБ
Д. 40 дБ
Е. 30 дБ
Обсуждение
Известно, что:
Интенсивность звука от 100 машин (I x ) = 10⁻⁷ Вт· м⁻²
Интенсивность порога слуха человека (I o ) = 10 -12 Вт/м 2
Количество машин (x) = 100 = 10²
Вопрос: Уровень интенсивности звука машины (TI)
Джаваб:
Уровень шума от 1 устройства:
I x = (x)(I)
10 -7 = (10 2 )( I )
I = 10⁻⁷ / 10² = ( 10⁻⁷ )( 10⁻² ) = 10⁻⁹
Уровень интенсивности звука машины (ИТ):
Правильный ответ — Е.
12. Общие свойства волн следующие:
(1) не может распространяться в вакууме
(2) распространяется прямо в различных средах
(3) переживая размышление
(4) испытывая дифракцию
(5) испытывающий помехи
Исходя из приведенных выше волновых свойств, характеристикам световых волн соответствует следующее...
А. (1) и (2) только
B. (3) и (4) только
С. (2), (3) и (4)
Д. (3), (4) и (5)
Е. (1), (3), (4) и (5)
Обсуждение
(1) Световые волны — это электромагнитные волны, для распространения которых не требуется среда. Поскольку для распространения электромагнитных волн не требуется среда, они могут распространяться в вакууме.
(2) Когда световые волны, распространяющиеся в одной среде, попадают в новую среду, они также преломляются. Преломление света — это изменение направления распространения световых волн. Преломление происходит из-за разницы в скорости световых волн в разных средах.
(3) Помимо преломления, световые волны также испытывают отражение. Отражение света плоским зеркалом — один из примеров явления отражения света. Отражение света плоским зеркалом позволяет использовать плоские зеркала в качестве инструментов для макияжа.
(4) Дифракция наблюдается не только у электромагнитных волн, таких как световые волны, но и у механических волн, таких как волны на воде и звуковые волны.
(5) Помимо электромагнитных волн, таких как световые волны, интерференция также наблюдается у механических волн, таких как волны на воде, волны на веревке или звуковые волны.
Правильный ответ — D.
13. Обратите внимание на следующие волновые свойства!
(1) испытывая дифракцию
(2) переживая размышление
(3) не может распространяться в вакууме
(4) может испытывать поляризацию
(5) движется прямо при прохождении через две разные среды
Исходя из приведенных выше волновых свойств, которые соответствуют характеристикам звуковых волн, можно выделить следующие...
А. (1), (2) и (3)
Б. (1), (2) и (4)
С. (1), (3) и (4)
Д. (2), (3) и (4)
Е. (3), (4) и (5)
Обсуждение
(1) Дифракция наблюдается не только у электромагнитных волн, таких как световые волны, но и у механических волн, таких как звуковые волны.
(2) Электромагнитные волны, такие как световые волны, и механические волны, такие как звуковые волны или волны на воде, испытывают отражение или скачкообразное движение. Примером отражения звуковых волн является эхо.
(3) Звуковые волны — это механические волны. Механические волны — это волны, для распространения которых необходима среда распространения. Если среды нет, например, в вакууме, то звуковые волны не могут распространяться.
(4) Поляризацию испытывают поперечные волны, такие как волны от канатов, волны от поверхности воды и электромагнитные волны, такие как световые волны. Звуковые волны являются продольными волнами и, следовательно, не могут испытывать поляризацию.
(5) При распространении из одной среды в другую звуковые волны испытывают преломление или изменение направления распространения. Преломление происходит, когда волна начинает входить в другую среду.
Правильный ответ — А.
Источник вопроса:
Вопросы по физике для национального экзамена в старших классах средней школы/профессионального училища.
