Fizyka
klasa I
Semestr II
Dział 3. Drgania, fale, akustyka.
Uczeń powinien potrafić krótko odpowiedzieć na poniższe pytania:
Poziom podstawowy:
1. Jaki ruch nazywamy ruchem drgającym prostym czyli harmonicznym ? Czy jest to ruch
jednostajnie zmienny ?
2. Co to jest okres, amplituda, częstotliwość drgań ? W jakich jednostkach je wyrażamy ?
Jaki jest związek między okresem a częstotliwością drgań ?
3. Jakie znasz przykłady oscylatorów harmonicznych ?
4. Od czego zależy okres drgań:
a) wahadła matematycznego ?
b) wahadła sprężynowego ?
Jaka siła jest odpowiedzialna za jego drgania ?
5. Jakie znasz zastosowania pewnych właściwości wahadła ?
6. Jakie przemiany energii występują w ruchu harmonicznym? Przedstaw je na wykresie.
Podaj przykłady. Od czego zależy całkowita energia oscylatora harmonicznego ?
7. Kiedy drgania zwiemy swobodnymi a kiedy wymuszonymi ? Co to jest rezonans mechaniczny?
8. Jakie znasz inne rodzaje rezonansu ? Podaj przykłady rezonansu; pomyśl o pożytecznych ale też
szkodliwych przykładach.
9. Naszkicuj i objaśnij tzw. krzywą rezonansu.
10. Co nazywamy falą ? Podaj przykłady fal harmonicznych oraz zdefiniuj ich najważniejsze
wielkości (amplituda, okres, prędkość, częstotliwość, długość ).
11. Jaki jest związek pomiędzy długością i częstotliwością fali w danym ośrodku ?
12. Co to są fale podłużne? W jakich ośrodkach mogą się rozchodzić? Podaj przykłady.
13. Co to są fale poprzeczne? W jakich ośrodkach mogą się rozchodzić? Podaj przykłady.
14. Kiedy powstają fale stojące (drgania własne) ? Co to są strzałki i węzły fali stojącej?
W jakich odległościach znajdują się sąsiednie strzałki (węzły) ?
15. Jakie fale nazywamy dźwiękowymi?
16. Wymień i określ niektóre obiektywne (częstotliwość, długość, natężenie, poziom natężenia) i
subiektywne cechy dźwięków (wysokość, barwa, głośność) oraz ich jednostki.
17. Co to są infra- i ultradźwięki ? Jakie znasz ich zastosowania ?
18. Co to jest próg słyszalności i próg bólu? Od czego zależą ?
19. Co to jest pogłos, echo ? Jaką rolę spełniają muszle koncertowe ?
20. Co to są dudnienia ? Od czego zależy częstotliwość dudnień ? Do czego wykorzystuje się to
zjawisko ?
21. Na czym polega zjawisko Dopplera ? Podaj przykłady występowania i zastosowań.
22. Kiedy powstaje tzw. fala Macha ?
23. Opisz zjawisko interferencji fal. Kiedy występuje interferencja dodatnia a kiedy ujemna
( maksimum lub minimum interferencyjne). Podaj przykłady.
24. Co to jest dyfrakcja ( ugięcie fal ). Jaki jest warunek obserwacji dyfrakcji? Podaj przykłady.
Zadania podstawowe:
1. Czy w szkolnej sali gimnastycznej o wymiarach 30m x 15m x 6m można się spodziewać echa czy pogłosu ? Czas wymawiania pojedynczego dźwięku (sylaby) wynosi 0,1 s. Odpowiedź uzasadnij.
2. Stosowane w medycynie ultradźwięki mają częstotliwość 906 kHz. Jaka jest długość tych fal jeżeli
wiadomo, że w wodzie fale te mają prędkość 1450 m/s ? Jakie są zalety używania fal o takiej
długości w badaniach USG ?
3. Ile wynosi odległość okrętu od góry lodowej, jeżeli sygnał dźwiękowy echosondy odebrano na
okręcie po upływie 2,6 s od jego wysłania w kierunku góry lodowej. Prędkość dźwięku w wodzie
jest równa 1500 m/s.
4. Ile wynosi prędkość rozchodzenia się fali na powierzchni wody gdy wiadomo, że fala uderza o
brzeg 15 razy na minutę a odległość pomiędzy kolejnymi grzbietami fal wynosi l = 6 m ?
5. Najmniejsza długość fal wysyłanych przez nietoperza wynosi w powietrzu około 0.33 cm. Czy człowiek może je usłyszeć zakładając, że natężenie fali jest wystarczająco duże ?
Jaką minimalną moc powinien mieć dźwięk zarejestrowany przez ludzkie ucho, jeżeli powierzchnia
czynna ucha wynosi S = 5 cm2, a natężenie progu słyszalności dźwięku dla 1000 Hz wynosi
I0 = 10 -12 W/m2 ?
Zadania rozszerzające:
7. Dwa głośniki połączono z generatorem o częstotliwości 1 kHz. Co będzie można zaobserwować w
punktach:
a) A - jego odległości od głośników wynoszą odpowiednio 1,80 m oraz 2,48 m,
b) B - jego odległości od głośników wynoszą odpowiednio 1,85 m oraz 2,70 m,
c) C - jego odległości od głośników wynoszą odpowiednio 2,07 m oraz 2,34 m.
Uwaga: Wyznacz długość fali dźwięku o częstotliwości 1 kHz.
8. Ile razy jest większe natężenie dźwięku grzmotu o poziomie dźwięku 110 dB od natężenia dźwięku
w hali fabrycznej o poziomie dźwięku 90 dB ?
9. Reporter stojący na ulicy zarejestrował na magnetofonie dźwięk o częstotliwości 3612,50 Hz wydawany przez syrenę karetki pogotowia. Z jaką szybkością jechała karetka, jeżeli na postoju wysyła dźwięk o częstotliwości 3400 Hz ? Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 340 m/s.
10. Doświadczalnie stwierdzono, że odległość między sąsiednimi strzałkami fali elektromagnetycznej stojącej wynosi 0.015 m. Jaka jest częstotliwość nadajnika emitującego tę falę ? Prędkość fali elektromagnetycznej wynosi 3· 108 m/s.
11. Jaką długość miałby gwizdek (piszczałka zamknięta z jednej strony), który wydawałby dźwięk o częstotliwości na którą ucho ludzkie jest najbardziej czułe (3000 Hz) ? Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 330 m/s.
12. Samochód z włączonym silnikiem na postoju wydaje dźwięk o poziomie natężenia 60 dB. Jaki byłby poziom natężenia dźwięku gdyby na parking zajechało nagle 10 takich samochodów ?
13. Jaka jest moc fali akustycznej rejestrowana przez ucho człowieka o powierzchni czynnej S= 4 cm2 jeśli odbiera dźwięk o częstotliwości 1000 Hz i głośności 80 fonów ?
Jak daleko od nas jest Księżyc jeżeli wiadomo, że światło wysłane z Ziemi i odbite od lustra na jego
powierzchni powróciło po czasie 2,6 s ?