حل الفصل الثامن الصوت كتاب فيزياء 2 للمرحلة الثانوية و حلول كتاب الفيزياء 2 المرحلة الثانوية للعام الدراسي 1442 هـ.
يتضمن الفصل الثامن درسين هما على الترتيب: خصائص الصوت والكشف عنه - الرنين في الأعمدة الهوائية والأوتار، بالإضافة إلى تقويم الفصل.
الفصل الثامن الصوت
نكمل معكم باستعراض حلول الفصل الثامن في حل كتاب فيزياء 2 مقررات ثانوي وهو ثامن فصول الكتاب لهذا الفصل الدراسي.
حل درس خصائص الصوت والكشف عنه
السؤال : ما الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18 Hz تتحرك في هواء درجة حرارته 20 C ؟ (يعد هذا التردد من أقل الترددات التي يمكن للأذن البشرية سماعها )
الجواب :
السؤال : إذا وقفت عند طرف واد وصرخت ، وسمعت الصدى بعد مرور 0.80 s ، فما عرض هذا الوادي ؟
الجواب :
السؤال : تنتقل موجة صوتية ترددها 2280 Hz وطولها الموجي 0.655 m ، في وسط غير معروف . حدد نوع الوسط .
الجواب :
السؤال :افترض أنك في سيارة تتحرك بسرعة 25.0 m/s في اتجاه صفارة إنذار . إذا كان تردد صوت الصفارة 365 Hz ، فما التردد الذي ستسمعه ؟ علما بأن سرعة الصوت في الهواء 343 m/s .
الجواب :
السؤال : افترض أنك في سيارة تتحرك بسرعة 24.6 m/s ، وتتحرك سيارة أخرى في اتجاهك بالسرعة نفسها . فإذا انطلق المنبه فيها بتردد 475 Hz ، فما التردد الذي ستسمعه ؟ علما بأن سرعة الصوت في الهواء 343 m/s .
الجواب :
السؤال : تتحرك غواصة في اتجاه غواصة أخرى بسرعة 9.20 m/s ، وتصدر موجات فوق صوتية بتردد 3.50 MHz . ما التردد الذي تلتقطه الغواصة الأخرى وهي ساكنة ؟ علما بأن سرعة الصوت في الماء 1482 m/s .
الجواب :
السؤال : يرسل مصدر صوت موجات بتردد 262 Hz . ما السرعة التي يجب أن يتحرك بها المصدر لتزيد حدة الصوت إلى 271 Hz ؟ علما بأن سرعة الصوت في الهواء 343 m/s .
الجواب :
السؤال : رسم بياني تتحرك طبلة الأذن إلى الخلف وإلى الأمام استجابة لتغيرات ضغط موجات الصوت . مثل بيانيا العلاقة بين إزاحة طبلة الأذن والزمن لدورتين لنغمة ترددها 1.0 kHz ، و لدورتين لنغمة ترددها 2.0 kHz .
الجواب :
السؤال : تأثير الوسط اذكر خصيصتين من خصائص الصوت تتأثران بالوسط الذي تتحرك فيه موجة الصوت ، وخصيصتين من الخصائص التي لا تتأثر بالوسط .
الجواب : الخصيصتان اللتان تتأثران : السرعة والطول الموجي ، والخصيصتان اللتان لا تتأثران : الزمن الدوري والتردد
السؤال : خصائص الصوت ما الخصيصة الفيزيائية التي يجب تغييرها لموجة صوت حتى تتغير حدة الصوت ؟ وما الخصيصة التي يجب تغييرها حتى يتغير علو الصوت ؟
الجواب : التردد ، السعة .
السؤال : مقياس الديسبل ما نسبة مستوى ضغط فرقة نشيد (110 dB) إلى مستوى ضغط صوت محادثة عادية (50 dB) ؟
الجواب : يزداد مستوى ضغط الصوت بمقدار 10 مرات مقابل كل زيادة مقدارها 20 dB في مستوى الصوت . لذا فإن 60 dB تقابل زيادة بمقدار 1000 ضعف في مستوى ضغط الصوت .
السؤال : الكشف المبكر كان الناس في القرن التاسع عشر يضعون آذانهم على مسار سكة الحديد ليترقبوا وصول القطار . لماذا تعد هذه الطريقة نافعة ؟
الجواب : إن سرعة الصوت في المواد الصلبة أكبر من سرعته في الغازات . لذلك تنتقل موجات الصوت بسرعة أكبر في القضبان الفولاذية مقارنة بسرعة انتقالها في الهواء .وتساعد القضبان على عدم انتشار طاقة الموجات الصوتية على مساحة أكبر ، لذا لا تتلاشى موجات الصوت خلال مسافات قصيرة .
السؤال : الخفافيش يرسل الخفاش نبضات صوت قصيرة بتردد عال ويستقبل الصدى . ما الطريقة التي يميز بها الخفاش بين :
a. الصدى المرتد عن الحشرات الكبيرة والصدى المرتد عن الحشرات الصغيرة إذا كانت على البعد نفسه منه ؟
الجواب : سيختلفان في الشدة ، حيث تعكس الحشرات الأكبر طاقة صوتية أكبر في اتجاه الخفاش
b. الصدى المرتد عن حشرة طائرة مقتربة منه والصدى المرتد عن حشرة طائرة مبتعدة عنه
الجواب : أن الحشرة التي تطير نحو الخفاش تعيد الصدى بتردد أكبر (انزياح دوبلر) ، أما الحشرة التي تطير مبتعدة عن الخفاش فتعيد الصدى بتردد أقل
السؤال : التفكير الناقد هل يستطيع شرطي يقف على جانب الطريق استخدام الرادار لتحديد سرعة سيارة في اللحظة التي تمر فيها أمامه ؟
الجواب : لا . يجب أن تتحرك السيارة مقتربة أو مبتعدة عن المراقب لملاحظة تأثير دوبلر ، حيث لا تنتج الحركة المستعرضة أي أثر لتأثير دوبلر .
حل درس الرنين في الأعمدة الهوائية والأوتار
السؤال : إذا وضعت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 Hz فوق أنبوب مغلق ، فأوجد الفواصل بين أوضاع الرنين عندما تكون درجة حرارة الهواء 20 C . ؟
الجواب :
السؤال : . استخدمت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 Hz مع عمود رنين لتحديد سرعة الصوت في غاز الهيليوم . فإذا كانت الفواصل بين أوضاع الرنين 110 cm ، فما سرعة الصوت في غاز الهليوم ؟
الجواب :
السؤال : استخدم طالب عمود هواء عند درجة حرارة 27 C ، ووجد فواصل بين أوضاع الرنين بمقدار 20.2 cm . ما تردد الشوكة الرنانة ؟ استخدم سرعة الصوت في الهواء المحسوبة في المثال 2 عند درجة الحرارة 27 C
الجواب :
السؤال : مصادر الصوت ما الشيء المهتز الذي ينتج الأصوات في كل مما يلي ؟
a. الصوت البشري
b. صوت المذياع
الجواب :
a. الحبال الصوتية
b. غشاء رقيق (غشاء السماعة)
السؤال : الرنين في الأنابيب المفتوحة ما النسبة بين طول الأنبوب المفتوح والطول الموجي للصوت لإنتاج الرنين الأول ؟
الجواب : طول الأنبوب يساوي نصف الطول الموجي
السؤال : الرنين في الأوتار يصدر وتر نغمة حادة ترددها 370 Hz . ما ترددات الإيقاعات الثلاثة اللاحقة الناتجة بهذه النغمة ؟
الجواب :
السؤال : الضربات تنتج شركة رنانة ثلاث ضربات في كل ثانية ، مع شوكة رنانة أخرى ترددها 392 Hz . ما تردد الشوكة الرنانة الأولى ؟
الجواب : 389 Hz أو 395 Hz ، ولا يمكن تحديد أيهما التردد الصحيح بالاعتماد على معطيات السؤال .
السؤال : الرنين في الأنابيب المغلقة يبلغ طول أنبوب مغلق 2.40 m .
a. ما تردد النغمة التي يصدرها هذا الأنبوب ؟
b. إذا صدر عن أنبوب ثان نغمة في الوقت نفسه ، فستسمع ضربة ترددها 1.40 Hz . ما مقدار الزيادة في طول الأنبوب الثاني ؟
الجواب :
السؤال : التفكير الناقد اضرب شوكة رنانة بمطرقة مطاطية واحملها بحيث تكون ذراعك ممدودة ، ثم اضغط بمقبضها على طاولة ، وباب ، و خزانة ، وأجسام أخرى . ما الذي تسمعه ؟ ولماذا ؟
الجواب : يتضخم صوت الشوكة الرنانة كثيرا عندما تضغط بمقبضها على الأجسام المختلفة ، لأن هذه الأجسام تولد رنينا . وتختلف الأصوات الناتجة من جسم إلى آخر ، لأن كلا منها يولد رنينا مع ترددات وإيقاعات مختلفة ، لذلك يكون لها طابع صوت مختلف
حل تقويم الفصل الثامن الصوت
السؤال : أكمل خريطة المفاهيم أدناه باستخدام المصطلحات التالية : السعة ، الإدراك ، حدة الصوت ، السرعة
الجواب :
25. ما الخصائص الفيزيائية لموجات الصوت ؟
الجواب : يمكن وصف الموجات الصوتية بواسطة التردد ، والطول الموجي ، والسعة ، والسرعة .
السؤال : عند قياس زمن الركض لمسافة 100 m يبدأ المراقبون عند خط النهاية تشغيل ساعات الوقف لديهم عند رؤيتهم دخانا يتصاعد من المسدس الذي يشير إلى بدء السباق ، وليس عند ماعهم صوت الإطلاق . فسر ذلك . و ما الذي يحدث لقياس زمن الركض إذا ابتدأ التوقيت ند سماع الصوت ؟
الجواب : ينتقل الضوء بسرعة 3.00 x108 m/s بينما ينتقل الصوت في الهواء بسرعة 343 m/s . سيرى المراقبون الدخان قبل سماع صوت إطلاق المسدس . وسيكون الزمن أقل من الزمن الفعلي لو اعتمد على سماع الصوت .
السؤال : اذكر نوعين من أنواع إدراك الصوت والخصائص الفيزيائية المرتبطة معهما .
الجواب : الحدة – التردد ، العلو – السعة
السؤال : هل يحدث انزياح دوبلر لبعض أنواع الموجات فقط أم لجميع أنواع الموجات ؟
الجواب : لجميع أنواع الموجات .
السؤال : الموجات فوق الصوتية موجات صوتية ترددها أعلى من تلك التي تسمع بالأذن البشرية ، وتنتقل هذه الموجات خلال الجسم البشري . كيف يمكن استخدام الموجات فوق الصوتية لقياس سرعة الدم في الأوردة أو الشرايين ؟ وضح كيف تتغير الموجات لتجعل هذا القياس ممكنا .
الجواب : يستطيع الأطباء قياس انزياح دوبلر من الصوت المنعكس عن خلايا الدم المتحركة . وبما أن الدم يتحرك ، لذا يحدث انزياح دوبلر لهذا الصوت ، وتتقارب الانضغاطات أو تتباعد ، مما يؤدي إلى تغيير تردد الموجة .
السؤال : ما الضروري لتوليد الصوت وانتقاله ؟
الجواب : توافر جسم يهتز ووسط مادي .
السؤال : المشاة عند وصول جنود المشاة في الجيش إلى جسر فإنهم يسيرون على الجسر بخطوات غير منتظمة . فسر ذلك .
الجواب : عندما يسير الجنود بخطوات منتظمة ينشأ تردد معين يؤدي إلى اهتزاز الجسر بالتردد نفسه ، أي يحدث رنين مع الجسر ، مما يؤدي إلى زيادة سعة اهتزازه ومن ثم زيادةالطاقة الناجمة عنها مما يؤدي إلى انهياره . ولا يكون هناك تضخيم لتردد معين عندما يسيرون بخطوات غير منتظمة .
السؤال : التقدير لتقدير مسافة بينك وبين وميض برق بالكيلومترات ، عد الثواني بين رؤية الوميض وسماع صوت الرعد ، واقسم على 3 . وضح كيف تعمل هذه القاعدة ؟
الجواب :
إن سرعة الصوت تساوي :
343 m/s = 0.343 km/s = 1/2.92 km/s ، أو ينتقل الصوت تقريبا 1 km خلال 3s . لذلك قسم عدد الثواني على 3 .
السؤال : تزداد سرعة بمقدار 0.6 m/s لكل درجة سلسيوس عند ارتفاع درجة حرارة الهواء بمقدار درجة واحدة . ماذا يحدث لكل مما يلي بالنسبة لصوت ما عند ارتفاع درجة الحرارة ؟
a. التردد
b. الطول الموجي
الجواب :
a. لا يوجد تغير في التردد .
b. يزداد الطول الموجي .
السؤال : الأفلام انفجر قمر اصطناعي في فلم خيال علمي ، حيث سمع الطاقم في مركبة فضائية قريبة من الانفجار صوته وشاهدوه فورا . إذا اخترت مستشارا فما الخطآن الفيزيائيان اللذان تلاحظهما ويتعين عليك تصحيحهما ؟
الجواب : أولا إذا سمعت صوتا فإنك ستسمعه بعد رؤيتك للانفجار ، فموجات الصوت تنتقل أبطأ كثيرا من الموجات الكهرومغناطيسية . ثانيا كثافة المادة في الفضاء قليلة جدا ، بحيث لا تنتشر موجات الصوت ، ولذلك لن يسمع أي صوت .
السؤال : الانزياح نحو الأحمر لاحظ الفلكيون أن الضوء القادم من المجرات البعيدة يبدو مزاحا نحو الأحمر أكثر من الضوء القادم من المجرات القريبة . فسر لماذا استنتج الفلكيون أن المجرات البعيدة تتحرك مبتعدة عن الأرض ، اعتمادا على الشكل التالي للطيف المرئي .
الجواب :
للضوء الأحمر طول موجي أكبر ، لذلك تردده أقل من تردد الألوان الأخرى . أما بالنسبة لانزياح دوبلر للضوء القادم من المجرات البعيدة نحو الترددات المنخفضة (اللون الأحمر) فيشير ذلك إلى أن تلك المجرات تتحرك مبتعدة عنا .
السؤال : يبلغ مستوى صوت 40 dB. هل تغير ضغطه أكبر 100 مرة من عتبة السمع ، أم 40 مرة ؟
الجواب : للصوت 40 dB ضغط صوت أكبر 100 مرة .
السؤال : إذا ازدادت حدة الصوت فما التغير الذي لكل مما يلي ؟
a. التردد
b. الطول الموجي
c. سرعة الموجة
d. سعة الموجة
الجواب :
a. يزداد التردد .
b. يقل الطول الموجي .
c. تبقى سرعة الموجة نفسها .
d. تبقى السعة نفسها .
السؤال : تزداد سرعة الصوت بازدياد درجة الحرارة . هل تزداد حدة صزت أنبوب مغلق عند ارتفاع درجة حرارة الهواء أم تقل ؟ افترض أن طول الأنبوب لا يتغير .
الجواب :
السؤال : يولد أنبوب مغلق نغمة معينة ، فإذا أزيلت السدادة من نهايته المغلقة ليصبح انبوبا مفتوحا فهل تزداد حدة الصوت أم تقل ؟
الجواب : تزداد حدة الصوت ، حيث يكون التردد أكبر بمقدار الضعف للأنبوب المفتوح مقارنة بالأنبوب المغلق .
السؤال : إذا سمعت صوت إطلاق قذيفة من مدفع بعيد يعد 5.0s من رؤيتك للوميض فما بعد المدفع عنك ؟
الجواب :
السؤال : إذا صحت في وادي وسمعت الصدى بعد 3.0s ، فما مقدار عرض الوادي ؟
الجواب :
السؤال : إذا انتقلت موجة صوت ترددها 4700 Hz في قضيب فولاذي ، وكانت المسافة بين التضاغطات المتتالية هي 1.1m ، فما سرعة الموجة ؟
الجواب :
السؤال : الخفافيش يرسل الخفاش موجات صوتية طولها الموجي 3.5 mm . ما تردد الصوت في الهواء ؟
الجواب :
السؤال : ينتقل صوت تردده 261.6 Hz خلال ماء درجة حرارته 25 C . أوجد الطول الموجي لموجات الصوت في الماء . لا تخلط بين الموجات الصوتية المتحركة خلال الماء والموجات السطحية المتحركة فيه .
الجواب :
السؤال : التصوير الفوتوجرافي تحدد بعض الكميرات بعد الجسم عن طريق إرسال موجة صوت وقياس الزمن الذي يحتاج إليه الصدى للعودة إلى الكاميرا ، كما يبين الشكل 8-20 . ما الزمن الذي تحتاج إليه موجة الصوت حتى تعود إلى الكاميرا إذا كان بعد الجسم عنها يساوي 3.00 m ؟
الجواب :
المسافة الكلية التي يقطعها الصوت هي 3.00 m x 2 = 6.00 m
وعليه فإن الزمن الذي تحتاج إليه موجة الصوت حتى تعود إلى الكاميرا يساوي
السؤال : إذا كان الطول الموجي لموجات صوت ترددها 2.40x102 Hz في ماء نقي هو 3.30 m فما سرعة الصوت في هذا الماء ؟
الجواب :
السؤال : ينتقل صوت تردد 442 Hz خلال قضيب حديد . أوجد الطول الموجي لموجات الصوت في الحديد .
الجواب :
السؤال : الطائرة النفاثة يعمل موظف في المطار بالقرب من طائرة نفاثة على وشك الإقلاع ، فتأثر بصوت مستواه 150 dB .
a. إذا وضع الموظف أداة حماية للأذن تعمل على خفض مستوى الصوت إلى حد صوت النشيد الوطني المدرسي فما مقدار الانخفاض في المستوى ؟
b. إذا سمع الموظف صوتا مثل الهمس لا يكاد يسمع إلا بصعوبة فما الذي يسمعه شخص لا يضع أداة الحماية على أذنيه ؟
الجواب :
a. إن مستوى صوت النشيد 110 dB لذلك يلزم تخفيضا بمقدار 150 – 110 = 40 dB
b. إن الهمس الذي يكون بالكاد مسموعا له مستوى صوت 10 dB ، لذا فإن المستوى الفعلي سيكون 50 dB أو مماثل لمستوى متوسط صوت طلاب صف دراسي .
السؤال : النشيد تنشد فرقة نشيد بصوت مستواه 80 dB . ما مقدار الزيادة في ضغط الصوت لفرقة أخرى تنشد بالمستويات التالية ؟
a. 100 dB
b. 120 dB
الجواب :
a. كل زيادة مقدارها 20 dB تؤدي إلى زيادة في الضغط بمقدار 10 ، لذلك ينتج ضغط أكبر بمقدار 10 مرات .
b. (10) (10) = 100 ،
أي 100 مرة ضغط أكبر .
السؤال : يهتز ملف نابضي للعبة بتردد 4.0 Hz بحيث تظهر موجات موقوفة بطول موجي 0.50 m . ما سرعة انتشار الموجة ؟
الجواب :
السؤال : يجلس مشجع في مباراة كرة قدم على بعد 152 m من حارس المرمى في يوم دافئ درجة حرارته 30 C . احسب مقدار :
a. سرعة الصوت في الهواء عند درجة حرارة 30 C .
b. الزمن الذي يحتاج اليه المشجع ليسمع صوت ضرب الكرة بعد مشاهدته لضرب الحارس لها .
الجواب :
a. السرعة تزيد بمقدار 0.6 m/s لكل 1C ، وعليه فإنها تزيد من 20C إلى 30C بمقدار 6 m/s . إذا سرعة الصوت في الهواء تساوي : 343 + 6 = 349 m/s
b.
السؤال : وقف شخص على بعد d من جرف صخري ، كما يبين الشكل 8-21 . فإذا كانت درجة الحرارة 15 C ، وصفق الشخص بيديه فسمع صدى الصوت بعد 2.0s فما بعد الجرف الصخري ؟
الجواب : عند درجة حرارة 15 C ، سرعة الصوت تساوي 3 m/s وهي أبطأ من سرعته عند 20 C حيث ان السرعة عندها تساوي 340 m/s .
السؤال : التصوير الطبي تستخدم موجات فوق صوتية بتردد 4.25 MHz للحصول على صور للجسم البشري . فإذا كانت سرعة الصوت في الجسم مماثلة لسرعته في الماء المالح ، 1.50 km/s ، فما الطول الموجي لموجة ضغط ترددها 4.25 MHz في الجسم ؟
الجواب :
السؤال : السونار تمسح سفينة قاع المحيط بإرسال موجات سونار مباشرة من السطح إلى أسفل في ماء البحر ، كما يبين الشكل 8-22 . وتستقبل السفينة الانعكاس الأول عن الطين عند قاع البحر بعد زمن مقداره 1.74 s من إرسال الموجات . ويصل الانعكاس الثاني عن الصخور تحت الطين بعد 2.36 s . فإذا كانت درجة حرارة ماء البحر 25 C ، وسرعة الصوت في الطين 1875 m/s فاحسب ما يلي :
a. عمق الماء .
b. سمك طبقة الطين .
الجواب :
a. سرعة الصوت في عمق الماء تساوي 1533 m/s و الزمن اللازم لرحلة واحدة هو 0.87 s ، إذا :
b. الزمن لرحلة في الطين ذهابا وإيابا هو : 2.36s – 1.74s = 0.62 s
الزمن لرحلة ذهابا هو 0.31 s ، إذا :
السؤال : تتحرك سيارة إطفاء بسرعة 35 m/s ، وتتحرك سيارة أمام سيارة الإطفاء في الاتجاه نفسه بسرعة 15 m/s . فإذا انطلقت صفارة إنذار سيارة الإطفاء بتردد 327 Hz فما التردد الذي يسمعه سائق السيارة ؟
الجواب :
السؤال : يتحرك قطار في اتجاه مراقب صوت ، وعندما كانت سرعته 31 m/s انطلقت صفارته بتردد 305 Hz. ما التردد الذي يستقبله المراقب في كل حالة مما يلي :
a. المراقب ثابت .
b. المراقب يتحرك في اتجاه القطار بسرعة 21.0 m/s .
الجواب :
السؤال : إذا تحرك القطار في المسألة السابقة مبتعدا عن المراقب فما التردد الذي يستقبله الكاشف في كل حالة مما يلي :
a. المراقب ثابت .
b. المراقب يتحرك مبتعدا عن القطار بسرعة 21.0 m/s .
الجواب :
السؤال : أنبوب في وضع رأسي مملوء بالماء وله صنبور عند قاعدته ، وتهتز شوكة رنانة فوق طرفه العلوي . فإذا سمع رنين عند تخفيض مستوى الماء في الأنبوب بمقدار 17 cm ، وسمع رنين مرة أخرى عند تخفيض مستوى الماء عن فوهة الأنبوب بمقدار 49 cm فما تردد الشوكة الرنانة ؟
الجواب :
السؤال: . السمع البشري القناة السمعية التي تؤدي إلى طبلة الأذن عبارة عن أنبوب مغلق طوله 3.0 cm أوجد القيمة التقريبية لأقل تردد رنين . أهمل تصحيح النهاية .
الجواب :
السؤال : إذا أمسكت قضيب ألمنيوم طوله 1.2 m من منتصفه وضربت أحد طرفيه بمطرقة فسيهتز كأنه أنبوب مفتوح ، و يكون هناك بطن ضغط عند مركز القضيب ، بسبب توافق بطون الضغط عند عقد الحركة الجزيئية . فإذا كانت سرعة الصوت في الألمنيوم 5150 m/s فما أقل تردد اهتزاز للقضيب ؟
الجواب :
السؤال : شوكة رنانة ترددها 445 Hz. وعندما ضربت شوكة ثانية نتجت ضربات بتردد 3Hz . ما الترددان الممكنان للشوكة الثانية ؟
الجواب :
السؤال : إذا أنتج أنبوب مفتوح نغمة ترددها 370 Hz فما ترددات الإيقاعات الثاني ، والثالث ، والرابع المصاحبة لهذا التردد ؟
الجواب :
السؤال : إذا أنتج أنبوب مغلق نغمة ترددها 370 Hz فما تردد أقل ثلاثة إيقاعات ينتجها هذا الأنبوب ؟
الجواب :
السؤال : ضبط وتر طوله 65.0 cm لينتج أقل تردد ، ومقداره 196 Hz . احسب مقدار :
a. سرعة الموجة في الوتر .
b. ترددا الرنين التاليان لهذا الوتر .
الجواب :
السؤال : يمثل الشكل 8-23 أنبوبا بلاستيكيا مموجا مرنا طوله 0.85 m . وعندما يتأرجح ينتج نغمة ترددها يماثل أقل تردد ينتجه أنبوب مفتوح له الطول نفسه . ما تردد النغمة ؟
الجواب :
السؤال : إذا تأرجح الأنبوب في المسألة السابقة بسرعة أكبر منتجا نغمة حدتها أعلى فما التردد الجديد ؟
الجواب :
السؤال : إذا كانت سعة موجة ضغط خلال محادثة عادية 0.020 Pa
a. فما القوة المؤثرة في طبلة أذن مساحتها 0.52 cm2 ؟
b. إذا انتقلت القوة نفسها التي في الفرع a كاملة إلى العظام الثلاثة التي في الأذن الوسطى فما مقدار القوة التي تؤثر بها هذه العظام في الفتحة البيضية ، أي الغشاء المرتبط مع العظمة الثالثة ؟ علما بأن الفائدة الميكانيكية لهذه العظام 1.5 .
c. ما مقدار الضغط الإضافي الذي انتقل إلى السائل الموجود في القوقعة نتيجة تأثير هذه القوة ، إذا كانت مساحة الفتحة البيضية 0.026 cm2 ؟
الجواب :
a.
مراجعة عامة
السؤال : أنبوب مفتوح طوله 1.65 m . ما نغمة التردد الأساسي التي ينتجها في الهيليوم عند دؤجة حرارة 0 C ؟
الجواب :
طول الأنبوب المفتوح يساوي نصف الطول الموجي . وعليه فإن الطول الموجي يساوي
1.65×2=3.30 m
سرعة الصوت في الهيليوم تساوي 972 m/s
السؤال : يطير طائر نحو رائد فضاء على كوكب مكتشف حديثا بسرعة 19.5 m/s ، ويغرد بحدة مقدارها 954Hz . فإذا سمع الرائد النغمة بتردد 985 Hz فما سرعة الصوت في الغلاف الجوي لهذا الكوكب ؟
الجواب :
السؤال : إذا ألقيت حجرا في بئر عمقها 122.5 m كما في الشكل 8-24 فبعد كم ثانية تسمع صوت ارتطام الحجر بقاع البئر ؟
الجواب :
السؤال : تستخدم سفينة موجات السونار بتردد 22.5 kHz . فإذا كانت سرعة الصوت في ماء البحر 1533 m/s فما مقدار التردد الذي يصل السفينة بعد انعكاسه عن حوت يتحرك بسرعة 4.15 m/s مبتعدا عن السفينة ؟ افترض أن السفينة ساكنة .
الجواب :
السؤال : يتحرك قطار نحو نفق بسرعة 37.5 m/s ، ويصدر صوتا بتردد 327 Hz ، فيرتد الصوت من فتحة النفق . ما تردد الصوت المنعكس الذي يسمع في القطار ، علما بأن سرعة الصوت في الهواء كانت 343 m/s ؟
تلميح : حل المسألة في جزأين ، افترض في الجزء الأول أن النفق مراقب ثابت ، واحسب التردد . ثم افترض في الجزء الثاني أن النفق مصدر ثابت ، واحسب التردد المقيس في القطار .
الجواب :
التفكير الناقد
السؤال : إنشاء الرسوم البيانية واستخدامها يبين الجدول 8-2 الأطوال الموجية لموجات صوتية ناتجة عن مجموعة من الشوكات الرنانة عند ترددات معينة .
a. مثل بيانيا العلاقة بين الطول الموجي والتردد (التغير المضبوط) . ما نوع العلاقة التي يبينها الرسم البياني ؟
b. مثل بيانيا العلاقة بين الطول الموجي ومقلوب التردد (1/f) . م نوع العلاقة التي يبينها الرسم البياني ؟ حدد سرعة الصوت من الرسم البياني .
الجواب :
السؤال : إعداد الرسوم البيانية افترض أن تردد بوق سيارة يساوي 300 Hz عندما كانت السيارة ثابتة ، فكيف يكون الرسم البياني للعلاقة بين التردد والزمن عندما تقترب السيارة منك ثم تتحرك مبتعدة عنك ؟ صمم مخططا تقريبيا للمسألة .
الجواب :
يجب أن يوضح الرسم البياني ترددا ثابتا نوعا ما أعلى من 300 Hz عندما تقترب السيارة ، ويوضح ترددا ثابتا نوع ما أقل من 300 Hz عندما تبتعد .
السؤال : حلل واستنتج صف كيف تستخدم ساعة وقف لتقدر سرعة الصوت إذا كنت على بعد 200 m من حفرة ملعب جولف ، وكان مجموعة من اللاعبين يضربون كراتهم . هل يكون تقديرك لسرعة الصوت كبيرا جدا أم صغيرا جدا ؟
الجواب :
تبدأ تشغيل الساعة لقياس الزمن لحظة رؤيتك اللاعب يضرب الكرة ، وتوقفها لحظة سماعك صوت الضربة . ويمكن حساب السرعة من خلال قسمة المسافة 200 m على الزمن المقيس . سيكون الزمن المقيس كبيرا ، وذلك لأنك تستطيع تحديد لحظة وصول الصوت بدقة ، ومن ثم تكون السرعة المحسوبة قليلة جدا .
السؤال : تطبيق المفاهيم وجد أن تردد موجة ضوء قادمة من نقطة على الحافة اليسرى للشمس أكبر قليلا من تردد الضوء القادم من الجهة اليمنى . علام يدل هذا بالنسبة لحركة الشمس اعتماا على هذا القياس ؟
الجواب : يجب أن تدور الشمس حول محورها بنفس نمط دوران الأرض . يشير انزياح دوبلر إلى أن الجانب الأيسر من الشمس يقترب نحونا ، في حين يبتعد الجانب الأيمن عنا .
السؤال : ابحث في استخدام تأثير دوبلر في دراسة الفلك . ما دوره في نظرية الانفجار الكبير ؟ وكيف يستخدم في الكشف عن الكواكب حول النجوم ، ودراسة حركة المجرات ؟
الجواب :
كما درسنا سابقا فإن تأثير دوبلر ينص على تغير ظاهري في التردد (الاهتزاز) وطول الموجات الصادرة عن جسم متحرك بالنسبة لمراقب ، وكان أول من قام بدراسته الفيزيائي النمساوي يوهان دوبلر ، فسمي باسمه .
ينطبق تأثير دوبلر على الضوء ، فمثلا ضوء النجوم ، إذا كان هناك نجمة تتحرك باتجاهنا ، فإن موجات الضوء التي تبثها ستكون أقصر قليلا بسبب قربها لنا ، أما إذا كانت هذه النجمة تبتعد عنا ، فتبدو موجات الضوء أطول .
فأطوال موجية أقصر للضوء تعني أن الضوء منزاح نحو الأزرق ، والأطوال الموجية الأطوال تعني أن الضوء منزاح نحو الأحمر ، هذا التأثير ليس كبيرا لمعظم النجوم .
عند النظر إلى كل الألوان المختلفة الآتية من نجم ما ستلاحظ أنماط هنا على الأرض ، فيمكننا معرفة اللون الذي يجب أن يكون عليه كل نمط ، فإذا كانت هذه الأنماط منزاحة نحو الأزرق في ضوء النجوم ، نعرف أن النجم يتحرك نحونا ، أما إذا كان النمط منزاح نحو الأحمر ، فالنجم يتحرك مبتعدا عنا .
إن أول من لاحظ هذا التأثير فلكيا هو الفلكي الأمريكي إدوين هابل عام 1929 م ، فاكتشف أن المجرات وبعض النجوم تتحرك مبتعدة عنا . وقد صاغ عليه قانونه (قانون هابل) الذي ينص على أن السرعة التي تبتعد بها مجرة من المجرات عنا تتناسب تناسبا طرديا مع المسافة بينها وبين الأرض .
و طريقة الإنزياح هذه يستعملها الفلكيون كثيرا لحساب سرعات النجوم والمجرات في الكون ، ويمكن استخدامها أيضا لاكتشاف النجوم المختبئة ، وقد مكنت العلماء من معرفة سرعة ابتعاد المجرات عن الأرض من خلال قياس مقدار الانزياح الأحمر الذي نجده عند قياس أطياف تلك المجرات ، والتي أثبتت أن الكون يتمدد ما أدى إلى إثبات حدوث نظرية الانفجار العظيم قبل 13.7 مليار سنة ونشأة الكون!
السؤال : ما سرعة الموجات المتولدة في وتر طوله 60.0 cm ، إذا نقر في منطقة الوسط فأنتج نغمة ترددها 440 Hz ؟
الجواب :
