Zagadnienia z fal
Znajomość pojęć: fale akustyczne, fale podłużne, fale poprzeczne, czoło fali, powierzchnia falowa, fala stojąca, interferencja fal, dyfrakcja fal, natężenie fali, próg bólu, próg słyszalności, efekt Dopplera.
Podział fal akustycznych
Prędkość rozchodzenia się fali
Natężenie fali- zadania
Obliczanie poziomu natężenia fali
Interferencja fal - wzmocnienie czy wygaszenie fal
Fala stojąca - częstotliwość tonu podstawowego w instrumentach muzycznych
Efekt Dopplera
Przykładowe zadania:
Turyści biwakujący w górach zobaczyli błysk, po czym po upływie 5 s usłyszeli grzmot uderzenia pioruna. Pamiętali (z lekcji szkolnych), że wartość prędkości dźwięku w powietrzu wynosi w przybliżeniu 330 m/s.
a) Określ, czy fala dźwiękowa, która powstała przy uderzeniu pioruna, jest falą poprzeczną czy podłużną.
b) Wyjaśnij, dlaczego turyści zobaczyli najpierw błysk pioruna, a dopiero po pewnym czasie usłyszeli grzmot.
c) Oblicz, w jakiej odległości od namiotu uderzył piorun.
d) Fala dźwiękowa towarzysząca uderzeniu pioruna ma częstotliwość 1500 Hz. Oblicz długość tej fali.
e) Oblicz okres drgań cząsteczek powietrza wiedząc, że fala dźwiękowa, która powstała przy uderzeniu pioruna, ma długość 22 cm.
f). Turyści nocowali w samym środku górskiego wąwozu. Marek krzyknął do Jacka i po 1,5 s usłyszał pierwsze echo swojego krzyku. Oblicz, w jakiej odległości od ścian wąwozu nocowali chłopcy.
Podaj regułę na wyznaczanie odległości (w kilometrach) od błyskawicy metodą odliczania sekund upływających od zobaczenia błysku do usłyszenia grzmotu. Zakładamy, że dźwięk biegnie do nas po linii prostej.
Diagnostyka ultradźwiękowa (USG) przy częstości 4,5 MHz wykorzystywana jest do badania nowotworów w miękkich tkankach. a) Jaka jest długość takiej fali dźwiękowej w powietrzu?
b) Jaka jest długość fali w tkance, jeżeli jej prędkość w tkance wynosi 1500 m/s?
Źródło emituje izotropowo fale dźwiękowe. Natężenie fal w odległości4m od źródła wynosi 4۰10-4 W /m2. Zakładając, że energia fal jest zachowana, wyznacz moc źródła.
Źródło punktowe o mocy 1 W emituje izotropowo fale dźwiękowe. Zakładając, że energia fal jest zachowana, wyznacz natężenie dźwięku w odległości: 2 m od źródła.
Gwizdek lokomotywy parowej emituje dźwięk o częstotliwości 4000 Hz. Na środku peronu o długości 600 m stoi pasażer i wsłuchuje się w gwizd lokomotywy, jadącej ruchem jednostajnym z prędkością 72 km/h.
a) Oblicz częstotliwość dźwięku, który usłyszy pasażer czekający na peronie, jeżeli lokomotywa zbliża się do stacji.
b) Oblicz częstotliwość dźwięku, który usłyszy pasażer czekający na peronie, jeśli lokomotywa oddala się od stacji.
c) Narysuj wykres zależności częstotliwości dźwięku słyszanego przez pasażera, w zależności od odległości lokomotywy od pasażera.
d) Czy prawdziwe jest następujące stwierdzenie: Dźwięk emitowany pnez oddalający się od nas ruchem jednostajnie przyspieszonym samochód jest coraz wyższy? Odpowiedź uzasadnij.
e) Oblicz częstotliwość dźwięku, który usłyszałby oddalający się od stojącej i gwiżdżącej na stacji lokomotywy człowiek, poruszający się z prędkością 5 m/s.
f) Oblicz częstotliwość dźwięku stojącej i gwiżdżącej na stacji lokomotywy, który usłyszałby człowiek zbliżający się do stacji z prędkością 5 m/s.
W badaniach sejsmograficznych drgań skorupy ziemskiej wykorzystuje się fakt, że fale podłużne rozchodzą się szybciej niż fale poprzeczne VPOD = 14 km/s, VPOP = 7,5 km/s. Sejsmograf wykazał różnicę czasu 75 s między nadejściem fali podłużnej i poprzecznej. Należy znaleźć odległość źródła trzęsienia Ziemi od stacji sejsmicznej.
Echosonda emituje ultradźwięki z emitera znajdującego się pod dnem okrętu. Po wysłaniu impulsu w stronę dna otrzymano dwa echa: jedno po czasie t1 = 1,4 s, a drugie po t2 = 1,8 s. Przyjmując, że prędkość dźwięku w wodzie wynosi V = 1450 m/s oblicz, na jakiej głębokości znajduje się obca łódź podwodna i o ile jeszcze metrów może się zanurzyć głębiej. Chcemy, aby poziom natężenia dźwięków muzycznych dochodzących do naszych uszu wynosił 70dB.
a) wyznacz natężenie dźwięku przy podanej wartości poziomu natężenia
b) przyjmując, że głośnik znajduje się w odległości 100m i zakładając, że wysyła fale dźwiękowe jednakowo we wszystkich kierunkach, oblicz jaka powinna być moc głośnika.
Pewne organy mają piszczałki o rozmiarach mieszczących się w granicach od 0,85cm do 425cm. Wyznacz zakres częstotliwości dźwięków wydawanych przez organy, przyjmując, że tony najwyższe wytwarzane są przez piszczałki otwarte z obu stron a tony najniższe przez tzw. Piszczałki zamknięte z jednej strony, a z drugiej otwarte. Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 340m/s.
Łódź podwodna wykryła nieprzyjacielski okręt za pomocą wysyłanych ultradźwięków o częstotliwości 32kHz. Prędkość dźwięku w wodzie wynosi 1450 m/s. Jaką częstotliwość dźwięku odbiera okręt w przypadku, gdy ucieka z prędkością 6m/s, a łódź podwodna stoi? Jakiej częstotliwości dźwięk odbiera łódź podwodna po odbiciu dźwięku od okrętu?
Stoisz w odległości 30 m od ściany lasu. Przyjmij, że czas wypowiadania przez ciebie pojedynczego dźwięku to 0,1 - 0,2 sekundy. Co usłyszysz echo czy pogłos?
Ile razy zmieni się długość fali dźwiękowej przy przejściu z powietrza do wody? Prędkość dźwięku w powietrzu wynosi 330m/s, w wodzie 1480m/s.
Odległość między sąsiednimi węzłami fali stojącej wynosi 45cm. Oblicz długość fali stojącej.
Długość struny gitarowej wynosi 0,5 m, a dźwięk wydawany przez nią ma częstotliwość 3000 Hz. Oblicz prędkość rozchodzenia się dźwięku w tej strunie. Jaką częstotliwość otrzymamy gdy skrócimy strunę o 1/3 długości?
Struna wiolonczeli ma długość 75 cm i drga z częstotliwością 220 Hz. Oblicz prędkość dźwięku w tej strunie.