Zestaw zadań z fizyki Nr5: AiR sem.3w’09
1. Źródło emituje płaską falę poprzeczną rozchodzącą się z prędkością v=15 m/s. Okres drgań dla tej fali
wynosi T=1.2 s a amplituda A = 2 m. Obliczyć: a) wychylenie z połoŜenia równowagi, prędkość i
przyśpieszenie w punkcie odległym o x =45 m w chwili t0 = 4s; b) róŜnicę faz drgań punktów odległych od
źródła o x1=20 m i x2 = 30 m.
2. Punktowe źródło dźwięku wysyła fale kulistą. W odległości r1=5.0 m od źródła amplituda drgań
cząsteczek ośrodka wynosi A = 5.0 10-6 m, zaś w punkcie znajdującym się w odległości r2 =10 m od
źródła amplituda drgań jest n=3 razy mniejsza. Znaleźć współczynnik tłumienia tej fali.
3. Od nieruchomego obserwatora oddala się ściana z prędkością vz=30 m/s. Obserwator nadaje dźwięk o
częstości ω = 1200 Hz. Jaką częstotliwość dźwięku odbitego od ściany zarejestruje obserwator. Prędkość
dźwięku w powietrzu wynosi v= 340 m/s.
4. Źródło dźwięku o częstotliwości ω0=600 Hz obraca się po okręgu o promieniu R= 1m z prędkością vz =
60 m/s, w lewo. Wyznacz zaleŜność od czasu częstotliwości dźwięku rejestrowanego przez detektor,
znajdujący się w płaszczyźnie okręgu w odległości l >>R od środka okręgu. Prędkość dźwięku w powietrzu
v=340 m/s.
5. Źródło fali o częstości ν = 18 kHz zbliŜa się do nieruchomego odbiornika, rejestrującego fale o długości
λ= 1.7 cm. Z jaką prędkością powinno poruszać się źródło, aby wywołać drgania w odbiorniku, jeśli
temperatura powietrza wynosi T= 290 K.
6. Promień świetlny pada na ściankę pryzmatu pod takim kątem α, Ŝe po przejściu przez pryzmat trafia na
jego druga ściankę pod kątem granicznym. Obliczyć współczynnik załamania światła w szkle, z którego
wykonano pryzmat. Kąt łamiący pryzmatu wynosi φ.
7. W naczyniu z wodą, poniŜej jej powierzchni znajduje się monochromatyczne źródło światła emitujące
wiązkę równoległą w kierunku poziomym. Wyznacz minimalne przyspieszenie ruchu naczynia w kierunku
biegu światła, przy którym wiązka światła będzie mogła przejść na drugą stronę powierzchni wody.
Współczynnik załamania światła w wodzie wynosi n.
8. Wiązka światła o długości fali λ pada prostopadle na siatkę dyfrakcyjną o stałej siatki d. Promień ugięty
rzędu k tej wiązki pada z kolei na ustawioną równolegle do siatki soczewkę płasko-wypukłą o promieniu
krzywizny r i po przejściu przez nią biegnie równolegle do osi optycznej w odległości a od osi. Obliczyć
współczynnik załamania szkła soczewki.
9. Ściankę prostopadłościennego naczynia szklanego stanowi siatka dyfrakcyjna o stałej d=2 µm z rysami
poziomymi. Naczynie napełniono cieczą o współczynniku załamania n=5/4. Na siatkę pada równoległa
wiązka światła monochromatycznego (prostopadle do niej). Obliczyć długość fali światła padającego na
siatkę, jeśli wiadomo Ŝe wiązka ugięta trzeciego rzędu (k=3) pada na powierzchnię cieczy pod kątem
granicznym.
10. Między zwierciadłem płaskim a soczewką ustawiono płonącą świecę w odległości x=1 cm od soczewki.
Soczewka daje dwa rzeczywiste obrazy świecy: jeden powiększony dwa razy, drugi zmniejszony dwa razy.
Obliczyć odległość między świecą a zwierciadłem.
11. Przedmiot wykonuje drgania harmoniczne wzdłuŜ osi optycznej soczewki skupiającej o ogniskowej
f=10 cm. Gdy przedmiot jest maksymalnie wychylony od połoŜenia równowagi, soczewka wytwarza
rzeczywisty obraz dwukrotnie zmniejszony. Po upływie czasu t=0.75 s soczewka wytwarza rzeczywisty
obraz dwukrotnie powiększony. Obliczyć amplitudę drgań oraz maksymalną prędkość przedmiotu. Okres
drgań wynosi T=1.5 s.
Odpowiedzi:
1. 0.01 m; 9 m/s; 0.27 m/s2; 3.49 rd
2. α = ln(nr1/r2)2/r2-r1
3. ν' = ν (v-vz)/(v+vz)
4. ν' = ν v/(v + vz sinvzt/R)
5. (κRT/µ)1/2 – υλ ≈ 36 m/s
6. n= (1+sin2α + 2 sinα cosφ)-1/2 / sinφ
7. a = g [n2 –1]1/2
8. n= r/a [(d2/k2λ2 –1]-1/2 +1
9. λx = d (n2 –1)1/2 / k
10. d= x(p1 – p2 )/2p2(p1 + 1)
11. A= ¾ f ; vm. = 3πf/2T