13 príkladov mechanických vĺn
1. Fázový rozdiel priečnych vĺn
Pozrite sa na nasledujúci obrázok sínusovej vlny !
Ak je vlnová dĺžka sínusoidy vyššie 80 cm, potom bod s fázovým rozdielom ¾ je…
A. P s Q
B. P s R
C. P s S
D.Q s S
E. R s S
Diskusia
PQ = 3/4 vlnovej dĺžky
PR = 1 1/2 = 1,5 vlnovej dĺžky
PS = 2 vlnové dĺžky
QS = 1 1/4 = 1,25 vlnových dĺžok
RS = 1/2 vlnovej dĺžky
Správna odpoveď je A.
2. Otvorené a zatvorené organové píšťaly
Sú k dispozícii dva organové píšťaly, jeden otvorený a druhý zatvorený, pričom každý má rovnakú dĺžku. Ak je rýchlosť zvuku vo vzduchu 340 m/s, potom pomer alikvotných frekvencií dvoch otvorených organových píšťal k alikvotným frekvenciám dvoch zatvorených organových píšťal je…
Diskusia
Je známe:
Dĺžka otvorenej a zatvorenej organovej píšťaly je rovnaká.
Rýchlosť zvuku vo vzduchu (v) = 340 m/s
Opýtal sa:
Odpoveď: Porovnanie frekvencie f druhého alikvotného tónu (f³ ) otvorenej a zatvorenej organovej píšťaly
Otvorená organová píšťala
Otvorená organová píšťala alebo otvorená trubica je trubica, ktorá má oba konce otvorené, ako je znázornené na obrázku na boku.
Obrázok vpravo je graf zvukových vĺn v otvorenej organovej píšťale, kde uzly predstavujú hustotu vzduchu a antinódy predstavujú tlak vzduchu.
Základná výška tónu (f 1 ) = v / 2 l = 340/2 l = 170/l
Druhý alikvotný tón (f³ ) = 3, f1 = 3 (170/L) = 510/L
Uzavretá organová píšťala
Uzavretá organová píšťala alebo uzavretá trubica je trubica s jedným otvoreným a druhým uzavretým koncom, ako je znázornené na obrázku nižšie. Ak sú oba konce trubice uzavreté, trubica sa nedá použiť.
Obrázok vpravo je graf zvukových vĺn v uzavretej organovej píšťale, kde uzly predstavujú hustotu vzduchu a antinódy predstavujú tlak vzduchu.
Základná výška tónu (f 1 ) = v / 4 l = 340/4 l = 85/l
Druhý alikvotný tón (f³ ) = 3, f1 = 3 (85/L) = 255/L
Porovnanie frekvencie druhého alikvotného tónu f ( f³ ) otvorených a uzavretých organových píšťal
510/l : 255/l
510: 255
2: 1
3. Úroveň intenzity zvukovej vlny
Zdroj zvukových vĺn s výkonom 12,56 W homogénne emituje vlny do okolitého prostredia. Prahová intenzita zvuku je 10⁻¹² Wm⁻² . Veľkosť intenzity žiarenia vlny vo vzdialenosti 10 metrov od zdroja je...
Diskusia
Je známe:
Výkon = 12,56 wattov
Prahová intenzita zvuku ( Io ) = 10⁻¹² Wm⁻²
Vzdialenosť (r) = 10 metrov
Otázka: Úroveň intenzity (TI)
Džaváb:
Vzorec pre vzťah medzi výkonom (P), intenzitou (I) a vzdialenosťou (r):
Úroveň intenzity (TI):
4. Intenzita zvuku
Reproduktorový systém vyžaruje akustický výkon 36 π wattov a úroveň intenzity 80 dB, keď je počuť vo vzdialenosti x od reproduktora. (I o = 10 -12 watt.m -2 ). Správna hodnota x je…
A. 100 m
B. 160 m
cca 1 190 m
D. 225 m
V. 300 m
Diskusia
Je známe, že:
Výkon (P) = 36 π Wattov
Úroveň intenzity (TI) = 80 dB
Vzdialenosť = x
Limit ľudského sluchu ( Io ) = 10⁻¹² W att.m⁻²
Otázka: Hodnota x
Odpoveď:
Vzorec pre vzťah medzi výkonom (P), intenzitou (I) a vzdialenosťou (x):
Najprv vypočítajte intenzitu zvuku vo vzdialenosti x:
Intenzita zvuku:
Vypočítajte hodnotu x:
Správna odpoveď je E.
5. Putujúca vlna
Otázka č. 24 z celoštátnej skúšky z fyziky pre SMA/MA a akademický rok 2015/2016
Rovnica postupnej vlny vyjadrená v Medzinárodnej sústave jednotiek (SI) je y = 0,2 sin (0,2 πx-20πt)
Z nasledujúcich vyhlásení:
(1) Rýchlosť šírenia vlny 100 ms -1
(2) Pri x = 0 a t = 0 je odchýlka vlny = 0
(3) Vlnová frekvencia 20 Hz
(4) Amplitúda vlny 2 cm
Ktorý je správny?
A. (1) a (2)
B. (1) a (3)
C. (1) a (4)
D. (2) a (4)
E. (2) a (3)
Diskusia
Tri formy vlnových rovníc:
y = A sin (ωt – kx) ——> 1
ω = 2π / T a 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 a λ = v/f
y = A sin 2π (ft – f(x/v))
y = A sin 2πf (t – x/v) ——-> 3
Rovnica postupujúcej vlny v predchádzajúcej otázke je rovnaká ako v tvare 2:
y = 0,2 sin (0,2πx - 20πt)
y = 0,2 sin π (0,2 x - 20t)
y = 0,2 sin 2π ( 0,1 x - 10t)
y = 0,2 sin 2π ( x/10 -10t)
y = A sin 2π (ft – x/λ)
A = amplitúda = 0,2 metra = 0,2 (100 cm) = 20 cm
f = frekvencia = 10 s -1 = 10 Hertzov
λ = vlnová dĺžka = 10 metrov
v = rýchlosť šírenia vlny = f λ = (10 s -1 )(10 m) = 100 ms -1
Správna odpoveď je A.
6. Dopplerov jav
Sanitka sa pohybuje rýchlosťou 72 km/ h a siréna má frekvenciu 1500 Hz. Motocyklista sa pohybuje rýchlosťou 20 m/ s v opačnom smere ako sanitka. Ak je rýchlosť zvuku vo vzduchu 340 m/ s , potom pomer frekvencií, ktoré počuje motocyklista pri priblížení sa k sanitke a pri odklone od nej, je…
A. 25:36
B. 36:49
C. 64:81
D. 81:64
E. 100:61
Diskusia
Pravidlá pre podpisovanie:
v je vždy kladné
vp je kladné , ak sa poslucháč priblíži k zdroju zvuku
v p je záporné, ak sa poslucháč vzdiali od zdroja zvuku
vs je kladné , ak je zdroj zvuku otočený od poslucháča
v s je záporné, ak sa zdroj zvuku približuje k poslucháčovi.
v p = 0, ak je poslucháč ticho
v s = 0, ak je zdroj zvuku tichý
Je známe, že:
Frekvencia zdroja zvuku (f) = 1 000 Hz
Rýchlosť poslucháča (vp ) = 20 m/s
Rýchlosť zdroja zvuku (v s ) = 72 km/h = 72 (1 000 metrov) / 3 600 sekúnd = 72 000/3 600 metrov/sekundu = 20 m/s
Rýchlosť zvuku (v) = 340 m/s
Otázka: Porovnanie frekvencií, ktoré počujú motocyklisti pri priblížení sa k sanitke a pri odklone od nej
Odpoveď:
Vzorec Dopplerovho javu:
Frekvencia, ktorú počuje motocyklista pri približovaní sa k sanitke
Oba sú v opačných smeroch, takže keď sa motorka blíži k sanitke, blížia sa k sebe. vp je kladné , ak sa poslucháč blíži k zdroju zvuku, a vs je záporné, ak sa zdroj zvuku blíži k poslucháčovi.
Frekvencia, ktorú počujú motocyklisti pri vzďaľovaní sa od sanitky
Oba sú v opačných smeroch , takže keď sa motorka vzďaľuje od sanitky, vzďaľujú sa od seba. vp je záporné, ak sa poslucháč vzďaľuje od zdroja zvuku, a vs je kladné, ak sa zdroj zvuku vzďaľuje od poslucháča.
Porovnanie frekvencií, ktoré počujú motocyklisti pri priblížení sa k sanitke a pri odklone od nej.
Správna odpoveď je D.
Intenzita zvuku
7. Pozrite sa na nasledujúci obrázok!
Ak je bod P zdrojom zvuku, ktorý vyžaruje všetkými smermi, potom pomer intenzity zvuku v bodoch S, R a Q je...
A. 16: 25: 100
B. 16: 50: 200
C. 32 : 50 : 100
D. 36: 25: 100
E. 72: 25: 200
Diskusia
Je známe, že:
Vzdialenosť bodu Q od zdroja zvuku (rQ) = 3 metre
Vzdialenosť bodu R od zdroja zvuku (r R ) = 6 metrov
Vzdialenosť bodu S od zdroja zvuku (rS ) = 5 metrov
Intenzita zvuku v bode Q = I Q
Intenzita zvuku v bode R = I R
Intenzita zvuku v bode S = I S
Otázka: Porovnanie intenzity zvuku v bodoch S, R a Q ( IS : I R : IQ )
Odpoveď:
Intenzita zvuku v bode S:
Intenzita zvuku v bode R:
Intenzita zvuku v bode S:
Porovnanie intenzity zvuku v bodoch S, R a Q:
Správna odpoveď je D.
8. Zvukové vlny sa šíria od svojho zdroja rovnomerne všetkými smermi. Bod A je vo vzdialenosti P od zdroja zvuku, bod B je vo vzdialenosti 2P od zdroja zvuku a bod C je vo vzdialenosti 4P od zdroja zvuku. Pomer intenzity zvuku prijímaných bodmi A, B a C je…
A. 16: 4: 1
B. 4: 2: 1
C. 4 : 1 : 16
D. 1: 2: 4
E. 1: 4: 16
Diskusia
Je známe, že:
Vzdialenosť bodu A od zdroja zvuku (r A ) = P
Vzdialenosť bodu B od zdroja zvuku (r B ) = 2P
Vzdialenosť bodu C od zdroja zvuku (r C ) = 4P
Intenzita zvuku v bode A = I A
Intenzita zvuku v bode B = I B
Intenzita zvuku v bode C = IC
Otázka: Porovnanie intenzity zvuku v bodoch A, B a C ( IA : IB : IC )
Odpoveď:
Intenzita zvuku v bode A:
Intenzita zvuku v bode B:
Intenzita zvuku v bode C:
Porovnanie intenzity zvuku v bodoch A, B a C:
Správna odpoveď je A.
9. Dopplerov jav
Nasledujúci obrázok zobrazuje policajné auto prenasledujúce motorizovaného zločinca:
Policajné auto s trúbením sirény s frekvenciou 9,30 Hz prenasleduje motorku zločinca, ktorý uteká rýchlosťou 72 km/h -1 . Policajné auto zrýchli na 108 km/h -1 , aby zločinca dobehlo. Ak je rýchlosť zvuku vo vzduchu 340 m/s -1 , potom frekvencia zvuku sirény, ktorú počuje zločinec na motorke, je...
A. 850 Hz
B. 900 Hz
C. 960 Hz
D. 1.020 Hz
V. 1.200 Hz
Diskusia
Pravidlá pre podpisovanie:
v je vždy kladné
vp je kladné , ak sa poslucháč priblíži k zdroju zvuku
v p je záporné, ak sa poslucháč vzdiali od zdroja zvuku
vs je kladné , ak je zdroj zvuku otočený od poslucháča
v s je záporné, ak sa zdroj zvuku približuje k poslucháčovi.
v p = 0, ak je poslucháč ticho
v s = 0, ak je zdroj zvuku tichý
Je známe, že:
Frekvencia zdroja zvuku (f) = 9 30 Hz
Rýchlosť poslucháča (vp ) = 72 km/h -1 = 72 (1000 metrov) / 3600 (sekúnd) = 72 000/3600 metrov/sekundu = 20 m/s = -20 ms -1 (záporné, pretože páchateľ sa vzďaľuje od polície)
Rýchlosť zdroja zvuku (v s ) = 108 km/h -1 = 108 (1000 metrov) / 3600 (sekúnd) = 108 000/3600 metrov/sekundu = 30 m/s = -30 ms -1 (záporné, pretože polícia sa blíži k páchateľovi)
Rýchlosť zvuku (v) = 340 ms -1
Hľadaná frekvencia zvuku, ktorú poslucháč počuje (f')
Odpoveď:
Vzorec Dopplerovho javu:
Správna odpoveď je C.
Hladina intenzity zvuku
10. V sále sa učí spievať 100 študentov. Ak je hladina intenzity zvuku jedného študenta pri speve 40 dB (predpokladajme rovnakú pre každé dieťa), potom je intenzita zvuku produkovaná v sále… (I o = 10 -12 Wm -2 )
A. 10⁻⁴ Wm⁻²
B. 10⁻⁶ Wm⁻²
C. 10⁻⁶ Wm⁻²
D. 10⁻⁷ Wm⁻²
E. 10⁻⁶ Wm⁻²
Diskusia
Je známe, že:
Úroveň intenzity jedného študenta (TI ) = 40 dB
Prahová intenzita ľudského sluchu (Io ) = 10⁻¹² W / m²
Počet študentov (x) = 100
Otázka: Intenzita zvuku 100 študentov
Odpoveď:
Intenzita zvuku 1 študenta:
Intenzita zvuku 100 študenta:
I x = (x)(I)
Ix = (100)(10⁻⁴ ) = ( 10² )( 10⁻⁴ )
Ix = 10⁻⁶ W / m²
Správna odpoveď je C.
11. Intenzita zvuku 100 identických strojov je 10⁻⁷ Watt.m⁻² . Ak Io = 10⁻¹² Watt.m⁻² , potom hladina intenzity zvuku stroja je….
A. 70 dB
B. 60 dB
cca 50 dB
D. 40 dB
E. 30 dB
Diskusia
Je známe, že:
Intenzita zvuku 100 strojov ( I x ) = 10⁻⁷ Watt.m⁻²
Prahová intenzita ľudského sluchu (Io ) = 10⁻¹² W / m²
Počet strojov (x) = 100 = 10²
Otázka: Hladina intenzity zvuku stroja (TI)
Odpoveď:
Intenzita zvuku 1 stroja:
I x = (x)(I)
10 -7 = (10² ) ( I )
I = 10⁻⁷ / 10² = ( 10⁻⁷ )( 10⁻² ) = 10⁻⁷
Hladina intenzity zvuku stroja (TI):
Správna odpoveď je E.
12. Všeobecné vlastnosti vĺn sú nasledovné:
(1) sa nemôže šíriť vo vákuu
(2) sa šíri priamo v rôznych médiách
(3) prežívanie reflexie
(4) dochádza k difrakcii
(5) dochádza k rušeniu
Z vyššie uvedených vlastností vĺn vyplýva, že charakteristikám svetelných vĺn zodpovedá...
A. Iba (1) a (2)
B. Iba (3) a (4)
C. (2), (3) a (4)
D. (3), (4) a (5)
E. (1), (3), (4) a (5)
Diskusia
(1) Svetelné vlny sú elektromagnetické vlny, ktoré nevyžadujú šíriace médium. Keďže nevyžadujú šíriace médium, elektromagnetické vlny sa môžu šíriť vo vákuu.
(2) Keď svetelné vlny šíriace sa v inom médiu vstúpia do nového média, svetelné vlny tiež zažívajú lom. Lom svetla je ohyb smeru šírenia svetelných vĺn. K lomu dochádza v dôsledku rozdielu v rýchlosti svetelných vĺn v každom inom médiu.
(3) Okrem lomu svetla sa svetelné vlny aj odrážajú. Odraz svetla plochým zrkadlom je jedným z príkladov javu odrazu svetla. Odraz svetla plochým zrkadlom umožňuje použitie plochých zrkadiel ako pomôcok na líčenie.
(4) Difrakciu nepociťujú len elektromagnetické vlny, ako sú svetelné vlny, ale aj mechanické vlny, ako sú vodné vlny a zvukové vlny.
(5) Okrem elektromagnetických vĺn, ako sú svetelné vlny, dochádza k interferencii aj v dôsledku mechanických vĺn, ako sú vodné vlny, vlny z lana alebo zvukové vlny.
Správna odpoveď je D.
13. Venujte pozornosť nasledujúcim vlastnostiam vĺn!
(1) dochádza k difrakcii
(2) prežívanie reflexie
(3) sa nemôže šíriť vo vákuu
(4) môže dôjsť k polarizácii
(5) sa pohybuje priamočiaro pri prechode cez dve rôzne médiá
Z vyššie uvedených vlastností vĺn, ktoré zodpovedajú charakteristikám zvukových vĺn, sú...
A. (1), (2) a (3)
B. (1), (2) a (4)
C. (1), (3) a (4)
D. (2), (3) a (4)
E. (3), (4) a (5)
Diskusia
(1) Difrakciu nepociťujú len elektromagnetické vlny, ako sú svetelné vlny, ale aj mechanické vlny, ako sú zvukové vlny.
(2) Odraz alebo poskakovanie pociťujú elektromagnetické vlny, ako sú svetelné vlny, a mechanické vlny, ako sú zvukové vlny alebo vodné vlny. Príkladom odrazu zvukovej vlny je ozvena.
(3) Zvukové vlny sú mechanické vlny. Mechanické vlny sú vlny, ktoré na šírenie vyžadujú šíriace médium. Ak žiadne médium neexistuje, napríklad vo vákuu, zvukové vlny sa nemôžu šíriť.
(4) Polarizáciu pociťujú priečne vlny, ako sú lanové vlny, vlny na vodnej hladine a elektromagnetické vlny, ako sú svetelné vlny. Zvukové vlny sú pozdĺžne vlny, a preto nemôžu byť polarizované.
(5) Pri šírení z jedného prostredia do iného dochádza k lomu zvukových vĺn alebo zmene smeru šírenia. K lomu dochádza, keď vlna začne vstupovať do iného prostredia.
Správna odpoveď je A.
Zdroj otázky:
Otázky z fyziky na národnej skúške pre stredné školy/odborné gymnázium
