صوت SOUND
8-1 خصائص الصوت والكشف عنه
مسائل تدريبية:
1. ما الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18Hz تتحرك في هواء درجة حرارته 20C؟(يعد هذا التردد من اقل الترددات التي يمكن للأذن البشرية سمعاها)
ʎ= =19m
2. إذا وقفت عند طرف واد وصرخت وسمعت الصدى بعد مرور 0.8s فما عرض هذا الوادي؟
v= , d=vt=140m
3. تنتقل موجة صوتية ترددها 2280Hz وطولها الموجي 0.655m في وسط غير معروف حدد نوع الوسط.
ʎ= , v=ʎf=1490m/s
تقابل هذه السرعة سرعة الصوت فى الماء عند 25⁰C
مسائل تدريبية:
4. افترض انك في سيارة تتحرك بسرعة 25m/s في
اتجاه صفارة إنذار إذا كان تردد صوت الصفارة 365Hz فما التردد الذي ستسمعه؟ علما بأن سرعة الصوت في الهواء 343m/s.
fd=fs( )=392Hz
5. افترض انك في سيارة تتحرك بسرعة 24.6m/s وتتحرك سيارة أخري في اتجاهك بالسرعة نفسها فإذا انطلق المنبه فيها بتردد 475Hz فما التردد الذي ستسمعه؟ علما بان سرعة الصوت في الهواء 343m/s.
fd=fs( )=548Hz
6. تتحرك غواصة في اتجاه غواصة أخري بسرعة 9.2m/s وينبعث منها موجات فوق صوتية بتردد 3.5MHz ما التردد الذي تلتقطه الغواصة الأخرى وهي ساكنة؟ علما بان سرعة الصوت في الماء 1482m/s.
fd=fs( )=3.52MHz
7. يرسل مصدر صوت موجات بتردد 262Hz ما السرعة التي يجب أن يتحرك بها المصدر لتزيد حدة الصوت إلي 271Hz؟ علما بان سرعة الصوت في الهواء 343m/s.
fd=fs( ) , vs=v-( =11.4m/s
مراجعة:
8. رسم بياني: تتحرك طبلة الأذن إلي الخلف والي الأمام استجابة لتغيرات الضغط لموجة الصوت مثل بيانيا العلاقة بين إزاحة طبلة الأذن والزمن لدورتين لنغمة ترددها 1kHz ولدورتين لنغمة ترددها 2kHz.
استخدمت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 مع عمود رنين
اذا زادت حدة الصوت فما التغير الذي يحدث للتردد
اذا وقفت عند طرف واد وصرخت وسمعت الصدى
يرسل الخفاش موجات صوتيه طولها الموجي
افترض انك في سيارة تتحرك بسرعة 25 في اتجاه صفارة انذار
ما الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18
اذا وضعت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 فوق انبوب مغلق
اذا زادت حدة الصوت فما التغير الذي يحدث للتردد
يرسل الخفاش موجات صوتيه طولها الموجي
اذا وقفت عند طرف واد وصرخت وسمعت الصدى
افترض انك في سيارة تتحرك بسرعة 25 في اتجاه صفارة انذار
ما الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18
اذا وضعت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 فوق انبوب مغلق
اذا انتقلت موجه صوت ترددها 4700
استخدمت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 مع عمود رنين
ما الخصائص الفيزيائية لموجات الصوت
يرسل الخفاش موجات صوتيه طولها الموجي
اذا وقفت عند طرف واد وصرخت وسمعت الصدى
شدة الصوت ومستوى شدة الصوت
افترض انك في سيارة تتحرك بسرعة 25 في اتجاه صفارة انذار
استخدمت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 مع عمود رنين
اذا انتقلت موجه صوت ترددها 4700
اذا وضعت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 فوق انبوب مغلق
اذا زادت حدة الصوت فما التغير الذي يحدث لكل مما يلي
ينتقل الصوت من مصدره الى الاذن بسبب
اذا وقفت عند طرف واد وصرخت وسمعت الصدى
افترض انك في سيارة تتحرك بسرعة 25 في اتجاه صفارة انذار
اذا زادت حدة الصوت فما التغير الذي يحدث للتردد
في اتجاه صفارة انذار
تتحرك غواصة في اتجاه غواصة اخرى
اذا وضعت شوكة رنانة تهتز بتردد 440
يرسل مصدر صوت موجات بتردد 262 hz
افترض انك تتحرك داخل طائرة في اثناء طيرانها
مسألة فيزيائية
اذا كنت تركب قطارا يتحرك بسرعة مقدارها
اذا كنت تركب قطار يتحرك بسرعة مقدارها 15
لطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18
ما الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18hz تتحرك
ما الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18 تتحرك في الهواء
تنتقل موجه صوتيه ترددها 2280 وطولها الموجي
الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18 تتحرك في هواء
تنتقل موجة صوتية ترددها 2280 وطولها الموجي
افترض انك في سيارة تتحرك بسرعة 25
يصدر وتر نغمة حادة ترددها 370
يرسل الخفاش موجات صوتيه طولها الموجي
استخدمت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 مع عمود رنين
اذا وضعت شوكة رنانة تهتز بتردد 440 فوق انبوب مغلق
اذا زادت حدة الصوت فما التغير الذي يحدث للتردد
يرسل الخفاش موجات صوتيه طولها الموجي
اذا وقفت عند طرف واد وصرخت وسمعت الصدى
افترض انك في سيارة تتحرك بسرعة 25 في اتجاه صفارة انذار
ما الطول الموجي لموجة صوتية ترددها 18
عن الشمس الى
ما مقدار تردد ضوء طوله الموجي 404 في الفراغ
ولد مصدر في حبل اضطرابا تردده
9. تأثير الوسط: اذكر خصيتن من خصائص الصوت تتأثران بالوسط الذي تتحرك فيه موجة الصوت وخصيتين من الخصائص التي لا تتأثر بالوسط.
الخصيتان اللتان تتأثران: السرعة والطول الموجي والخصيتان اللتان لا تتأثران: الزمن الدوري والتردد
10. خصائص الصوت: ما الخصية الفيزيائية التي يجب تغييرها لموجة صوت حتى تتغير حدة الصوت؟ ومما الخصية التي يجب تغييرها حتى يتغير علو الصوت؟
التردد، السعة
11. مقياس الديسبل: ما نسبة مستوي ضغط صوت فرقة نشيد(1110dB) إلي مستوى ضغط صوت محادثة عادية(50dB)؟
يزداد مستوي ضغط الصوت بمقدار 10مرات مقابل كل زيادة مقدارها 20dB في مستوي الصوت لذا فان 60dB تقابل زيادة بمقدار 1000 ضعف في مستوي ضغط الصوت
12. الكشف المكبر: كان الناس في القرن التاسع عشر يضعون آذانهم على مسار سكة الحديد ليترقبوا وصول القطار. لماذا تعد هذه الطريقة نافعة؟
إن سرعة الصوت في المواد الصلبة اكبر من سرعته في الغازات لذلك تنتقل موجات الصوت بسرعة اكبر في القضبان الفولاذية مقارنة بسرعة انتقالها في الهواء
وتساعد القضبان على عدم انتشار طاقة الموجات الصوتية على مساحة اكبر لذا لا يتلاشي الصوت بسرعة كما يحدث له في الهواء.
13. الخفافيش: يرسل الخفاش نبضات صوت قصيرة بتردد عال ويستقبل الصدى.
a. ما الطريقة التي يميز بها الخفاش بين الصدى المرتد عن الحشرات الكبيرة والصدى المرتد عن الحشرات الصغيرة إذا كانت على البعد نفسه منه؟
سيختلفان في الشدة حيث تعكس الحشرات الأكبر طاقة صوتية اكبر في اتجاه الخفاش
b. ما الطريقة التي يميز بها الخفاش بين الصدى المرتد عن حشرة طائرة مبتعدة عنه؟
إن الحشرة التي تطير نحو الخفاش تعيد الصدى بتردد اكبر( انزياح دوبلر) أما الحشرة التي تطير مبتعدة عن الخفاش فستعيد الصدى بتردد اقل
14. التفكير الناقد: هل يستطيع شرطي يقف على جانب الطريق استخدام الرادار لتحديد سرعة سيارة في اللحظة التي تمر فيها أمامه؟ وضح ذلك.
لا، يجب أن تتحرك السيارة مقتربة أو مبتعدة عن المراقب لملاحظة تأثير دوبلر حيث لا تنتج الحركة المستعرضة أي اثر لتأثير دوبلر
8-2 الرنين في الأعمدة الهوائية والأوتار
مسائل تدريبية:
15. إذا وضعت شوكة رنانة تهتز بتردد 440Hz فوق أنبوب مغلق فاوجد الفواصل بين أوضاع الرنين عندما تكون درجة حرارة الهواء 20C.
=0.39m
16. استخدمت شوكة رنانة تهتز بتردد440Hz مع عمود رنين لتحديد سرعة الصوت في غاز الهيليوم فإذا كانت الفواصل بين أوضاع الرنين 110cm فما سرعة الصوت في غاز الهيليوم؟
v=ʎf=970 m/s
17. استخدم طالب عمود هواء عند درجة حرارة 27C ووجد فواصل بين أوضاع الرنين بمقدار 20.2cm ما تردد الشوكة الرنانة؟ استخدم سرعة الصوت في الهواء المحسوبة في المثال 2 عند درجة الحرارة 27C.
f= =859 Hz
مراجعة:
18. مصادر الصوت: ما الشيء المهتز الذي ينتج الأصوات في كل مما يلي؟
a. الصوت البشري
الحبال الصوتية
b. صوت المذياع
غشاء رقيق (غشاء السماعة)
19. الرنين في الأنابيب المفتوحة: ما النسبة بين طول الأنبوب المفتوح والطول الموجي للصوت لإنتاج اقوي رنين؟
طول الأنبوب يساوي نصف الطول الموجي
20. الرنين في الأوتار: يصدر وتر نغمة حادة ترددها 370Hz ما ترددات الإيقاعات الثلاثة اللاحقة الناتجة بهذه النغمة؟
740 Hz , 1100 Hz , 1500 Hz
21. الضربات: تنتج شوكة رنانة ثلاث ضربات في كل ثانية مع شوكة رنانة أخري ترددها 392Hz ما تردد الشوكة الرنانة الأولي؟
395 Hz أو 389 Hz ولا يمكن تحديد أيهما التردد الصحيح بالاعتماد على معطيات السؤال
22. الرنين في الأنابيب المغلقة: يبلغ طول أنبوب مغلق 2.4m.
a. ما تردد النغمة التي يصدرها هذا الأنبوب؟
35.7 Hz
b. إذا نتج عن أنبوب ثان نغمة في الوقت نفسه فستسمع ربة ترددها 1.4Hz ما مقدرا الزيادة في طول الأنبوب الثاني؟
0.1 m
23. التفكير الناقد: اضرب شوكة رنانة بمطرقة مطاطية واحملها بحيث تكون ذراعك ممدودة ثم اضغط بمقبضها على طاولة وباب وخزانة وأجسام أخري . ما الذي تسمعه؟ ولماذا؟
يتضخم صوت الشوكة الرنانة كثيرا عندما تضغط بمقبضها على أجسام أخري لان هذه الأجسام تولد رنينا كاللوحات الصوتية وتختلف الأصوات الناتجة من جسم إلى آخر لان كلا منها يولد رنينا مع ترددات وإيقاعات مختلفة لذلك يكون لها طابع صوت مختلف
التقويم
خريطة المفاهيم
24. أكمل الخريطة المفاهيمية أدناه باستعمال المصطلحات التالية: الاتساع ،الإدراك،حدة الصوت،السرعة.
إتقان المفاهيم
25. ما الخصائص الفيزيائية لموجات الصوت؟
يمكن وصف الموجات الصوتية بوساطة التردد والطول الموجي والسعة والسرعة
26. عند قياس زمن الركض لمسافة100m يبدأ المراقبون عند خط النهاية تشغيل ساعات الإيقاف لديهم عند رؤيتهم دخانا يتصاعد من المسدس الذي يشير إلي بدء السباق وليس عند سماعهم صوت الإطلاق. فسر ذلك وما الذي يحدث لقايس زمن الركض إذا ابتدأ التوقيت عند سماع الصوت؟
ينتقل الضوء بسرعة 3×108 m/s بينما ينتقل الصوت في الهواء بسرعة 343 m/s
سيرى المراقبون الدخان قبل سماع صوت إطلاق المسدس وسيكون الزمن اقل من الزمن الفعلي لو اعتمد على سماع الصوت
27. اذكر نوعين من أنواع إدراك الصوت والخصائص الفيزيائية المرتبطة معهما.
الحدة - التردد ، العلو - السعة
28. هل يحدث انزياح دوبلر لبعض أنواع الموجات فقط أم لجميع أنواع الموجات؟
لجميع أنواع الموجات
29. الموجات فوق الصوتية موجات تردداتها اعلي 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.
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 إلي تغيير تردد الموجة
30. ما الضروري لتوليد الصوت وانتقاله؟
توافر جسم يهتز ووسط مادي
31. المشاة: عند وصول جنود المشاة في الجيش إلي جسر فإنهم يسيرون على الجسر بخطوات غير منتظمة فسر ذلك.
عندما يسير الجنود بخطوات منتظمة ينشأ تردد معين يؤدي إلي اهتزاز الجسر بالتردد نفسه أي يحدث رنين مع الجسر مما يؤدي إلي زيادة سعة اهتزازه ومن ثم انهياره. ولا يكون هناك تضخيم لتردد معين عندما يسيرون بخطوات غير منتظمة
تطبيق المفاهيم
32. التقدير: لتقدير المسافة بينك وبين وميض برق بالكيلومترات عد الثواني بين رؤية الوميض وسماع صوت الرعد واقسم على 3 وضح كيف تعمل هذه القاعدة؟
إن سرعة الصوت تساوي: 343m/s=0343km/s= km/s
أو ينتقل الصوت تقريبا 1kmخلال 3s لذلك قسم الصوت تقريبا عدد الثواني على 3 بالنسبة لوحدة الميل فان الصوت ينتقل تقريبا 1mi خلال زمن مقداره 5s لذلك قسم عدد الثواني على 5
33. تزداد سرعة الصوت بمقدار 0.6m/s لكل درجة سليسوس عند ارتفاع درجة حرارة الهواء بمقدار درجة واحدة. ماذا يحدث لكل مما يلي بالنسبة لصوت ما عن ارتفاع درجة الحرارة؟
a. التردد
لا يوجد تغير في التردد
b. الطول الموجي
يزداد الطول الموجي
34. الأفلام:انفجر قمر اصطناعي في فلم خيال علمي حيث سمع الطاقم في مركبة فضائية قريبة من الانفجار صوته وشاهدوه فورا إذا اخترت مستشارا فما الخطان الفيزيائيان اللذان تلاحظهما ويتعين عليك تصحيحهما؟
أولا إذا سمعت صوتا فانك 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
35. الانزياح نحو الأحمر: لاحظ الفلكيون أن الضوء القادم من المجرات البعيدة يبدو أكثر احمرارا من الضوء القادم من المجرات القريبة فسر لماذا استنتج الفلكيون أن المجرات البعيدة تتحرك مبتعدة عن الأرض اعتمادا على الشكل 8-19 للطيف المرئي.
للضوء الأحمر طول موجي اكبر لذلك تردده اقل من تردد الألوان الأخرى أما بالنسبة لانزياح دوبلر للضوء القادم من المجرات البعيدة نحو الترددات المنخفضة فيشير ذلك إلي أن تلك المجرات تتحرك مبتعدة عنا
36. صوت له 40dB هل تغير ضغطه اكبر 100 مرة من عتبة السمع أم 40 مرة؟
للصوت 40 dB ضغوط صوت اكبر 100 مرة
37. إذا ازدادت حدة الصوت فما التغير الذي يحدث لكل مما يلي؟
a. التردد
يزداد التردد
b. الطول الموجي
يقل الطول الموجي
c. سرعة الموجة
تبقي سرعة الموجة نفسها
d. اتساع الموجة
تبقي السعة نفسها
38. تزداد سرعة الصوت بازدياد درجة الحرارة هل تزداد حدة صوت أنبوب مغلق عند ارتفاع درجة حرارة الهواء أم تقل؟ افترض أن طول الأنبوب لا يتغير.
لذا فان
إذا ازدادت وبقيت L ثابتة فان f تزداد وتزداد حدة الصوت أيضا
39. يولد أنبوب مغلق نغمة معينة فإذا أزيلت السدادة من نهايته المغلقة ليصبح أنبوبا مفتوحا فهل تزداد حدة الصوت أم تقل؟
تزداد حدة الصوت حيث يكون التردد اكبر بمقدار الضعف للأنبوب المفتوح مقارنة بالأنبوب المغلق
إتقان المسائل
40. إذا سمعت صوت إطلاق قذيفة من مدفع بعيد بعد 5s من رؤيتك للوميض فما بعد المدفع عنك؟
d=vt=1.7 km
41. إذا صحت في واد وسمعت الصدى بعد 3s فما مقدار عرض هذا الوادي؟
d=vt=5.1×102 m
42. إذا انتقلت موجة صوت ترددها 4700Hz في قضيب فولاذي وكانت المسافة بين الانضغاطات المتتالية هي 1.1m فما سرعة الموجة؟
v=ʎf=5200 m/s
43. الخفافيش: يرسل الخفاش موجات صوتية طولها الموجي 3.5mm ما تردد الصوت في الهواء؟
f= =9.8×104 Hz
44. ينتقل صوت تردده 261.6Hz خلال ماء درجة حرارته 25C اوجد الطول الموجي لموجات الصوت في الماء لا تخلط بين الموجات الصوتية المتحركة خلال الماء والموجات السطحية المتحركة فيه.
ʎ= =5.707 m
45. التصوير الفوتوجرافي: تحدد بعض الكاميرات بعد الجسم عن طريق إرسال موجة صوت وقياس الزمن الذي يحتاج إليه الصدى للعودة إلي الكاميرا كما يبين الشكل 8-20 ما الزمن الذي تحتاج إليه موجة الصوت حتى تعود إلي الكاميرا إذا كان بعد الجسم عنها يساوي 3m؟
t= =0.0175 s
46. إذا كان الطول الموجي لموجات صوت ترددها 2.4×102Hz في ماء نقي هو 3.3m فما سرعة الصوت في هذا الماء؟
7.92×102 m/s
47. ينتقل صوت تردده 442Hz خلال قضيب حديد اوجد الطول الموجي لموجات الصوت في الحديد.
11.6 m
48. الطائرة النفاثة: يعمل موظف في المطار بالقرب من طائرة نفاثة علي وشك الإقلاع فتأثر بصوت مستواه150dB .
a. إذا وضع الموظف أداة حماية للأذن تعمل على خفض مستوي الصوت إلي حد صوت النشيد الوطني المدرسي فما مقدار الانخفاض في المستوي؟
إن مستوي صوت النشيد 110 dBلذلك يلزم تخفيضا بمقدار 40 dB
b. إذا سمع الموظف صوتا مثل الهمس لا يكاد يسمع إلا بصعوبة فما الذي يسمعه شخص لا يضع أداة الحماية علي أذنيه؟
إن الهمس الذي يكون بالكاد مسموعا له مستوي صوت 10dB لذا فان المستوي الفعلي سيكون 50 dB أو مماثل لمستوي متوسط صوت طلاب صف دراسي
49. النشيد:تنشد فرقة نشيد بصوت مستواه 80dB ما مقدار الزيادة في ضغط الصوت لفرقة أخري تنشد بالمستويات التالية؟
a. 100dB
كل زيادة مقدارها 20dB تؤدي إلي زيادة في الضغط بمقدار 10 مرات لذلك ينتج ضغط اكبر بمقدار 10 مرات
b. 120dB
10×10=100، أي 100 مرة ضغط اكبر
50. يهتز ملف نابضي للعبة بتردد 4Hz بحيث تظهر موجات موقوفة بطول موجي 0.5m ما سرعة انتشار الموجة؟
v=ʎf=2 m/s
51. يجلس مشجع في مباراة كرة قدم علي بعد 152m من حراس المرمي في يوم دافئ درجة حرارته 30C .
a. ما سرعة الصوت في الهواء عند درجة حرارة 30C؟
343+6= 349 m/s
b. ما الزمن الذي يحتاج إليه المشجع ليسمع صوت ضرب الكرة بعد مشاهدته لضرب الحارس لها؟
t= =0.436 s
52. وقف شخص علي بعد d من جرف صخري كما يبين الشكل 8-21 فإذا كانت درجة الحرارة 15C وصفق الشخص بيديه فسمع صدي الصوت بعد 2s فما بعد الجرف الصخري؟
d=vt=3.4×102 m
53. التصوير الطبي: تستخدم موجات فوق صوتيه بتردد 4.25MHz للحصول علي صورة للجسم البشري فإذا كانت سرعة الصوت في الجسم مماثلة لسرعته في الماء المالح 1.5 km/s فما الطول الموجي لموجة ضغط ترددها 4.25MHz في الجسم؟
ʎ= =0.353 mm
54. السونار:تمسح سفينة قاع المحيط بإرسال موجات سونار مباشرة من السطح إلي أسفل في ماء البحر كما يبين الشكل 8-22 وتستقبل السفينة الانعكاس الأول عن الطين عند قاع البحر بعد زمن مقداره 1.74s من إرسال الموجات ويصل الانعكاس الثاني من الصخور تحت الطين بعد 2.36s فإذا كانت درجة حرارة ماء البحر 25C وسرعة الصوت في الطين 1875m/s فاوجد ما يلي:
a. عمق الماء
1300 m
b. سمك طبقة الطين
580 m
55. تتحرك سيارة إطفاء بسرعة 35m/s وتتحرك سيارة أمام سيارة الإطفاء في الاتجاه نفسه بسرعة 15m/s فإذا انطلقت صفارة إنذار سيارة الإطفاء بتردد327Hz فما التردد الذي يسمعه سائق السيارة؟
fd=fs( )=350 Hz
56. يتحرك قطار في اتجاه كاشف صوت وعندما كانت سرعته 31m/s انطلقت صفارته بتردد305Hz ما التردد الذي يستقبله الكاشف في كل حالة مما يلي:
a. الكاشف ثابت
335 m
b. الكاشف يتحرك في اتجاه القطار بسرعة 21m/s
356 m
57. إذا تحرك القطار في المسألة السابقة مبتعدا عن الكاشف فما التردد الذي يستقبله الكاشف في كل حالة مما يلي:
a. الكاشف ثابت
fd=fs( )=2.8×102 Hz
b. الكاشف يتحرك مبتعدا عن القطار بسرعة 21m/s
fd=fs( )=2.63×102 Hz
58. أنبوب في وضع رأسي مملوء بالماء وله صنبور عند قاعدته وتهتز شوكة رنانة فوق طرفه العلوي فإذا سمع رنين عند تخفيض مستوي الماء في الأنبوب بمقدار 17cm وسمع رنين مرة أخري عند تخفيض مستوي الماء عن فوهة الأنبوب بمقدار 49cm فما تردد الشوكة الرنانة؟
f= =540 Hz
59. السمع البشري:القناة السمعية التي تؤدي إلي طبلة الأذن عبارة عن أنبوب مغلق طوله 3cm اوجد القيمة التقريبية لأقل تردد رنين أهمل تصحيح النهاية.
f= =2.9 kHz
60. إذا أمسكت قضيب ألومنيوم طوله 1,2m من منتصفه وصلابة احد طرفيه بمطرقة فسيهتز كأنه
أنبوب مفتوح ويكون هناك بطن ضغط عند مركز القضيب بسبب توافق بطون الضغط عقد الحركة الجزيئية فإذا كانت سرعة الصوت في الألمونيوم 5150m/s فما اقل تردد اهتزاز للقضيب؟
f= =2.1 kHz
61. شوكة رنانة ترددها 445Hz وعندما ضربت شوكة ثانية نتجت ضربات بتردد3Hz ما الترددان الممكنان للشوكة الثانية؟
445-3=442 Hz , 445+3=448 Hz
62. إذا أنتج أنبوب مفتوح نغمة ترددها 370Hz فما ترددات الإيقاعات الثاني والثالث والرابع المصاحبة لهذا التردد؟
740 Hz , 1100 Hz, 1500 Hz
63. إذا أنتج أنبوب مغلق نغمة ترددها 370Hz فما تردد اقل ثلاثة إيقاعات ينتجها هذا الأنبوب؟
1100 Hz, 1800 Hz, 2600 Hz
64. ضبط وتر طوله 65cm لينتج اقل تردد ومقداره 196Hz
a. ما سرعة الموجة في الوتر؟
v=ʎf=255 m/s
b. ما ترددا الرنين التاليان لهذا الوتر؟
588 Hz , 392 Hz
65. يمثل الشكل 8-23 أنبوبا بلاستيكيا مموجا مرنا طوله 0.85m وعندما يتأرجح ينتج نغمة ترددها يماثل اقل تردد ينتجه أنبوب مفتوح له الطول نفسه. ما تردد النغمة؟
f= =2×102 Hz
66. إذا تأرجح الأنبوب في المسألة السابقة بسرعة اكبر منتجا نغمة حدتها أعلى فما التردد الجديد؟
f2=2f1=4×102 Hz
67. إذا كان اتساع موجة ضغط خلال محادثة عادية 0.02Pa :
a. فما القوة المؤثرة في طبلة إذن مساحتها 0.52cm2؟
F=PA=10-6 N
b. إذا انتقلت القوة نفسها التي في الفرع a كاملة إلي العظام فما مقدار القوة التي تؤثر بها هذه العظام في الفتحة البيضية أي الغشاء المرتبط مع العظمة التالية؟ علما بان الفائدة الميكانيكية للعظام الثلاثة في الأذن الوسطي تساوي 1.5.
Fr=(MA)(Fe)=1.5×10-6 N
c. ما مقدار الضغط الإضافي الذي انتقل إلي السائل الموجود في القوقعة نتيجة تأثير هذه القوة إذا كانت مساحة الفتحة البيضية 0.026cm2؟
P= =0.58 Pa
مراجعة عامة
68. أنبوب مفتوح طوله 1.65m ما نغمة التردد الأساسي التي ينتجها في الهيليوم عند درجة حرارة 0C؟
f= =295 Hz
69. يطير طائر نحو رائد فضاء ويغرد بحدة مقدارها 954Hz فإذا سمع الرائد النغمة بتردد 985Hz فما سرعة الصوت في الغلاف الجوي لهذا الكوكب؟
=1- , v=4.8×102 m/s
70. إذا ألقيت حجرا في بئر عمقها 122.5m كما في الشكل *-24 فبعد كم ثانية تسمع صوت ارتطام الحجر بقاع البئر؟
t= =0.357 s , tT=5.36 s
71. تستخدم سفينة موجات السونار بتردد 22.5kHz فإذا كانت سرعة الصوت في ماء البحر 1533m/s فما مقدار التردد الذي يصل بعد انعكاسه عن حوت يتحرك بسرعة 4.15m/s مبتعدا عن السفينة؟ افترض أن السفينة ساكنة.
fd=fs( )=22.3 kHz
72. يتحرك قطار نحو نفق بسرعة 37.5m/s ويصدر طوتا بتردد 327Hz فيرتد الصوت من فتحة النفق ما تردد الصوت المنعكس الذي يسمع في القطار علما بان سرعة الصوت في الهواء كانت 343m/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.
fd=fs( )=407 Hz
التفكير الناقد
73. 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 (المتغير المضبوط) ما نوع العلاقة التي يبينها الرسم البياني؟
b. مثل بيانيا العلاقة بين الطول الموجي ومقلوب التردد(1/f) ما نوع العلاقة التي يبينها الرسم البياني؟ حدد سرعة الصوت من الرسم البياني.
74. إعداد الرسوم البيانية: افترض أن تردد سيارة يساوي 300Hz عندما كانت السيارة ثابتة فكيف يكون الرسم البياني للعلاقة بين التردد والزمن عندما تقترب السيارة منك ثم تتحرك مبتعدة عنك؟ صمم مخططا تقريبيا للمسألة.
يجب أن يوضح الرسم البياني ترددا ثابتا نوعا ما أعلى من 300 Hz عندما تقترب السيارة ويوضح ترددا ثابتا نوعا ما اقل من 300 Hz عندما تبتعد
75. حلل واستنتج: صف كيف تستخدم ساعة إيقاف لتقدر سرعة الصوت إذا كنت على بعد 200m من حفرة ملعب جولف وكان مجموعة من اللاعبين يضربون كراتهم؟ هل يكون تقديرك لسرعة الصوت كبيرا جدا أم صغيرا جدا؟
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 بالنظر بدقة ولكنك لا تستطيع تحديد لحظة وصول الصوت بدقة ومن ثم تكون السرعة المحسوبة قليلة جدا
76. تطبيق المفاهيم: وجد أن تردد موجة ضوء قادمة من نقطة على الحافة اليسري للشمس اكبر قليلا من تردد الضوء القادم من الجهة اليمني . علام يدل هذا بالنسبة لحركة الشمس اعتمادا على هذا القياس؟
يجب أن تدور الشمس حول محورها بنفس نمط دوران الأرض يشير انزياح دوبلر إلي أن الجانب الأيسر من الشمس يقترب نحونا في حين يبتعد الجانب الأيمن عنا
الكتابة في الفيزياء:
77. ابحث في استخدام تأثير دوبلر في دراسة لفلك ما دوره في نظرية الانفجار الكبير؟ وكيف يستخدم في الكشف عن الكواكب حول النجوم ودراسة حركة المجرات؟
يجب أن يناقش الطلاب عمل ادوين هابل والانزياح نحو الأحمر وتمدد الكون والتحليل الطيفي واكتشاف التذبذبات في حركة أنظمة الكوكب -النجم
مراجعة تراكمية
78. ما سرعة الموجات المتولدة في وتر طوله 60cm إذا نقر في منطقة الوسط فأنتج نغمة ترددها 440Hz؟
v=530 m/s
اختبار مقنن
أسئلة اختيار من متعدد
اختر الإجابة الصحيحة فيما يلي:
1. ينتقل الصوت من مصدره إلي الأذن بسبب:
a. تغير ضغط الهواء
b. الاهتزاز في الأسلاك أو الأوتار
c. الموجات الكهرومغناطيسية
d. الموجات تحت الحمراء
2. سمع خالد أثناء سباحته نغمة وصلت إلي أذنه بتردد 327Hz عندما كان تحت الماء. فما الطول الموجي للصوت الذي يسمعه؟ (افترض سرعة الصوت في الماء 1493m/s)
a. 2.19nm
b. 4.88×10-5m
c. 2.19×10-1m
d. 4.57m
3. يجذب منبه سيارة انتباه مشاهد ثابت فإذا كانت السيارة تقترب من المشاهد بسرعة 60km/h وتردد صوت المنبه 512Hz فما تردد الصوت الذي يسمعه المشاهد؟(افترض سرعة الصوت في الهواء تساوي 343m/s)
a. 488Hz
b. 512Hz
c. 538HZ
d. 600Hz
4. تبتعد سيارة بسرعة 72km/h عن صفارة ثابتة كما هو موضح في الشكل أدناه فإذا انطلقت الصفارة بتردد 657Hz فما تردد الصوت الذي يسمعه السائق؟(افترض سرعة الصوت في الهواء 343m/s)
a. 543Hz
b. 620Hz
c. 647Hz
d. 698Hz
5. ينتقل صوت منبه سيارة في الهواء بسرعة 351m/s فإذا كان نغمة الصوت 298Hz فما طولها الموجي؟
a. 9.93×10-4m
b. 0.849m
c. 1.18m
d. 1.05×105m
6. تسمع هند 20 ضربة في 5s لنغمتين فإذا كان تردد احدي النغمتين 262Hz فما الترددان المحتملان للنغمة الثانية؟
a. 242Hz أو 282Hz
b. 258Hz أو 266Hz
c. 260Hz أو 264Hz
d. 270Hz أو 278Hz
الأسئلة الممتدة
7. يبين الشكل أدناه طول عمود الهواء في حالة الرنين الأول لعمود هواء مغلق فإذا كان تردد الصوت 488Hz فما سرعة الصوت؟
8.38 m/s
إرسال تعليق