Fizyka Bez Stresu
Quiz do druku

Fale mechaniczne i dźwięk — sprawdź się

Klasa 1 (liceum — poziom podstawowy) 14 zadań 18 pkt ok. 35 min
Imię i nazwisko: Data: Wynik: / 18
Rozwiąż w przeglądarce Lekcja do tego quizu

  1. Zadanie 1

    1 pkt

    Na rysunku u góry pokazano falę poprzeczną (grzbiety i doliny), a u dołu falę podłużną (zagęszczenia i rozrzedzenia). Co tak naprawdę przenosi każda fala mechaniczna?

    A λ
    • A. Wyłącznie masę, bez żadnej energii
    • B. Energię (i zaburzenie) — bez przenoszenia materii
    • C. Ładunek elektryczny ośrodka
    • D. Materię (cząsteczki ośrodka wędrują razem z falą)

  2. Zadanie 2

    1 pkt

    Który opis pasuje do fali dźwiękowej w powietrzu?

    • A. Fala poprzeczna — cząsteczki drgają prostopadle do kierunku ruchu fali
    • B. Fala poprzeczna, bo powietrze faluje w górę i w dół
    • C. Fala, która nie potrzebuje żadnego ośrodka
    • D. Fala podłużna — cząsteczki drgają wzdłuż kierunku ruchu fali (zagęszczenia i rozrzedzenia)

  3. Zadanie 3

    1 pkt

    W próżni (np. w otwartym kosmosie) dźwięk nie rozchodzi się.

    Prawda Fałsz

  4. Zadanie 4

    1 pkt

    Czym różni się długość fali $\lambda$ od amplitudy $A$? (Spójrz na górną część rysunku z pytania 1.)

    • A. $\lambda$ to pozioma odległość między sąsiednimi grzbietami, a $A$ to wysokość (maksymalne wychylenie)
    • B. To to samo — oba opisują wysokość fali
    • C. $\lambda$ to czas jednego drgania, a $A$ to liczba drgań na sekundę
    • D. $\lambda$ to wysokość grzbietu, a $A$ to odległość między grzbietami

  5. Zadanie 5

    1 pkt

    Fala ma długość $\lambda = 2\ \text{m}$ i częstotliwość $f = 170\ \text{Hz}$. Oblicz prędkość rozchodzenia się fali.

    Odpowiedź: m/s

  6. Zadanie 6

    1 pkt

    Kamerton drga z częstotliwością $f = 440\ \text{Hz}$ (dźwięk „a" do strojenia instrumentów). Jaką długość ma wytworzona fala dźwiękowa w powietrzu? Przyjmij prędkość dźwięku $v = 340\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.

    Odpowiedź: m

  7. Zadanie 7

    1 pkt

    Cząsteczka ośrodka wykonuje jedno pełne drganie w czasie $T = 0{,}005\ \text{s}$. Oblicz częstotliwość fali.

    Odpowiedź: Hz

  8. Zadanie 8

    1 pkt

    Głośniejszy dźwięk jest zawsze dźwiękiem wyższym.

    Prawda Fałsz

  9. Zadanie 9

    1 pkt

    Od czego zależy wysokość dźwięku (to, czy słyszymy cienki pisk, czy niski pomruk)?

    • A. Od długości fali — im dłuższa fala, tym wyższy dźwięk
    • B. Od prędkości dźwięku w powietrzu
    • C. Od częstotliwości $f$ — większa $f$ oznacza wyższy dźwięk
    • D. Od amplitudy $A$ — większa amplituda oznacza wyższy dźwięk

  10. Zadanie 10

    1 pkt

    Ucho człowieka słyszy fale dźwiękowe w pewnym zakresie częstotliwości. Fale poza tym zakresem to infradźwięki i ultradźwięki. Który zakres słyszymy?

    infra słyszalne ultra 20 Hz 20 000 Hz f
    • A. Od ok. $20\ \text{Hz}$ do ok. $20\ 000\ \text{Hz}$
    • B. Od $0\ \text{Hz}$ do ok. $340\ \text{Hz}$
    • C. Powyżej $20\ 000\ \text{Hz}$
    • D. Poniżej $20\ \text{Hz}$

  11. Zadanie 11

    1 pkt

    Podczas burzy zobaczyłeś błyskawicę, a grzmot usłyszałeś dokładnie $t = 6\ \text{s}$ później. W jakiej odległości uderzył piorun? Przyjmij $v = 340\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$ (światło dociera praktycznie natychmiast).

    Odpowiedź: m

  12. Zadanie 12

    1 pkt

    W danym ośrodku prędkość fali $v$ jest w przybliżeniu stała. Jeśli zwiększymy częstotliwość $f$, to długość fali $\lambda$ się zmniejszy.

    Prawda Fałsz

  13. Zadanie 13

    3 pkt

    Ten sam kamerton drga z częstotliwością $f = 100\ \text{Hz}$. Najpierw wytwarza dźwięk w powietrzu ($v_{\text{pow}} = 340\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$), a potem — zanurzony — w wodzie ($v_{\text{wody}} = 1500\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$). Zbadamy, jak zmienia się długość fali.

    1. a)

      Oblicz długość fali dźwięku w powietrzu.

      Odpowiedź: m
    2. b)

      Oblicz długość fali tego samego dźwięku w wodzie (częstotliwość się nie zmienia).

      Odpowiedź: m
    3. c)

      Co dzieje się z częstotliwością (a więc wysokością tonu), gdy dźwięk przechodzi z powietrza do wody?

      • A. Nie zmienia się — o częstotliwości decyduje źródło, zmienia się tylko $\lambda$
      • B. Rośnie, bo dźwięk biegnie szybciej w wodzie
      • C. Maleje, bo fala się wydłuża

  14. Zadanie 14

    3 pkt

    Statek bada głębokość morza echosondą: wysyła w dół ultradźwięk i mierzy czas powrotu echa. Sygnał wrócił po $t = 0{,}4\ \text{s}$. Prędkość dźwięku w wodzie $v = 1500\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$.

    1. a)

      Oblicz całkowitą drogę, jaką przebył sygnał (w dół i z powrotem).

      Odpowiedź: m
    2. b)

      Oblicz głębokość morza w tym miejscu.

      Odpowiedź: m
    3. c)

      Głębokość jest równa połowie drogi sygnału, ponieważ echo pokonuje tę odległość dwa razy.

      Prawda Fałsz

Klucz odpowiedzi

Klucz zaczyna się na nowej stronie. Aby wydrukować sam arkusz, dopisz ?klucz=0 na końcu adresu.

  1. 1.

    B

    Fala mechaniczna przenosi energię i zaburzenie, a cząsteczki ośrodka tylko drgają wokół swoich położeń równowagi (kaczka na wodzie podskakuje, nie płynie z falą). To zdanie jest sednem definicji fali mechanicznej.

  2. 2.

    D

    Dźwięk w powietrzu to fala podłużna: drgające ciało na przemian spycha i cofa cząsteczki, tworząc biegnące zagęszczenia i rozrzedzenia. Cząsteczki drgają wzdłuż kierunku rozchodzenia się fali.

  3. 3.

    Prawda

    Prawda. Dźwięk to fala mechaniczna — potrzebuje ośrodka (cząsteczek), które przekazują drganie sąsiadom. W próżni nie ma czego wprawiać w drgania, więc dźwięk się nie rozchodzi. Efekty dźwiękowe „wybuchów w kosmosie" z filmów to fikcja.

  4. 4.

    A

    To dwie zupełnie różne wielkości. Długość fali $\lambda$ mierzymy „w poziomie" — między dwoma sąsiednimi punktami w tej samej fazie (np. grzbietami). Amplituda $A$ to „w pionie" — maksymalne wychylenie cząsteczek z położenia równowagi.

  5. 5.

    340 m/s

    Korzystamy z podstawowego wzoru fali: $$v = \lambda \cdot f = 2 \cdot 170 = 340\ \tfrac{\text{m}}{\text{s}}$$ Gdzie $v$ — prędkość fali [$\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$], $\lambda$ — długość fali [m], $f$ — częstotliwość [Hz]. To dokładnie prędkość dźwięku w powietrzu.

  6. 6.

    0,77 m

    Przekształcamy wzór $v = \lambda \cdot f$, aby wyznaczyć $\lambda$: $$\lambda = \frac{v}{f} = \frac{340}{440} \approx 0{,}77\ \text{m}$$ Gdzie $\lambda$ — długość fali [m], $v$ — prędkość dźwięku [$\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$], $f$ — częstotliwość [Hz]. Fala dźwięku „a" ma ok. 77 cm długości.

  7. 7.

    200 Hz

    $$f = \frac{1}{T} = \frac{1}{0{,}005} = 200\ \text{Hz}$$ Gdzie $f$ — częstotliwość [Hz], $T$ — okres [s]. Cząsteczka wykonuje 200 drgań na sekundę ($1\ \text{Hz} = 1\ \tfrac{1}{\text{s}}$).

  8. 8.

    Fałsz

    Fałsz. Głośność zależy od amplitudy $A$ (energii fali), a wysokość (bas/sopran) od częstotliwości $f$. Można krzyczeć bardzo głośno niskim (basowym) głosem — to duża amplituda przy małej częstotliwości. To dwie niezależne cechy dźwięku.

  9. 9.

    C

    Wysokość dźwięku zależy od częstotliwości: im większa $f$, tym wyższy dźwięk (sopran, pisk). Mała $f$ to dźwięk niski (bas, pomruk).

  10. 10.

    A

    Ucho ludzkie słyszy mniej więcej od 20 Hz do 20 000 Hz (20 kHz). Poniżej to infradźwięki (trzęsienia ziemi, słonie), powyżej — ultradźwięki (nietoperze, USG, sonary).

  11. 11.

    2040 m

    Dźwięk biegnie ruchem jednostajnym, więc $s = v \cdot t$: $$s = 340 \cdot 6 = 2040\ \text{m} \approx 2\ \text{km}$$ Gdzie $s$ — droga [m], $v$ — prędkość dźwięku [$\tfrac{\text{m}}{\text{s}}$], $t$ — czas [s]. Stąd zasada „co ok. 3 sekundy między błyskiem a grzmotem to ok. 1 km".

  12. 12.

    Prawda

    Prawda. Ze wzoru $v = \lambda \cdot f$ przy stałym $v$ mamy $\lambda = \tfrac{v}{f}$ — długość fali i częstotliwość są odwrotnie proporcjonalne. Większa $f$ (wyższy dźwięk) oznacza krótszą falę, mniejsza $f$ — dłuższą.

  13. 13a.

    3,4 m

    $$\lambda_{\text{pow}} = \frac{v_{\text{pow}}}{f} = \frac{340}{100} = 3{,}4\ \text{m}$$

  14. 13b.

    15 m

    $$\lambda_{\text{wody}} = \frac{v_{\text{wody}}}{f} = \frac{1500}{100} = 15\ \text{m}$$ Częstotliwość ustala źródło (kamerton), więc pozostaje $f = 100\ \text{Hz}$. Rośnie tylko prędkość, a wraz z nią długość fali.

  15. 13c.

    A

    Częstotliwość $f$ ustala drgające źródło (kamerton), więc w obu ośrodkach jest taka sama ($100\ \text{Hz}$). Zmienia się prędkość $v$, a wraz z nią długość fali $\lambda = \tfrac{v}{f}$ — z 3,4 m na 15 m.

  16. 14a.

    600 m

    $$s = v \cdot t = 1500 \cdot 0{,}4 = 600\ \text{m}$$ To droga „tam i z powrotem" — sygnał dotarł do dna i wrócił do statku.

  17. 14b.

    300 m

    Sygnał przebył głębokość dwa razy (w dół i w górę), więc głębokość to połowa drogi: $$h = \frac{s}{2} = \frac{600}{2} = 300\ \text{m}$$

  18. 14c.

    Prawda

    Prawda. Ultradźwięk biegnie do dna i odbija się z powrotem do statku, więc pokonuje głębokość dwukrotnie. Dlatego zmierzoną drogę $s = v\cdot t$ dzielimy przez 2. To zasada działania echolokacji i sonaru (a także USG).