حلول اتقان المفاهيم وتطبيق المفاهيم

خريطة المفاهيم:

23. أكمل الخريطة المفاهيمية أدناه باستخدام المصطلحات الآتية: السعة، الإدراك، حدّة الصوت، السرعة.

اتقان المفاهيم:

(8-1)

24. ما الخصائص الفيزيائية لموجات الصوت؟

يمكن وصف الموجة الصوتية بواسطة التردد والطول الموجي والسعة والسرعة.

25. عند قياس زمن الركض لمسافة 100 m يبدأ المراقبون عند خط النهاية تشغيل ساعات الإيقاف لديهم عند رؤيتهم دخاناً يتصاعد من المسدس الذي يشير إلى بدء السباق، وليس عند سماعهم صوت الإطلاق فسرّ ذلك، وما الذي يحدث لقياس زمن الركض إذا ابتدأ التوقيت عند سماع الصوت؟

ينتقل الضوء بسرعة 3x10⁸m/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.

26. اذكر نوعين من أنواع إدراك الصوت والخصائص الفيزيائية المرتبطة معهما.

(الحدة - التردد - العلو - السعة).

27. هل يحدث انزياح دوبلر لبعض أنواع الموجات فقط أم لجميع أنواع الموجات؟

لجميع أنواع الموجات.

28. الموجات فوق الصوتية موجات صوتية تردّداتها 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 ممكناً.

يستطيع العلماء قياس انزياح دوبلر من الصوت المنعكس عن خلايا الدم المتحركة وبما أن الدم يتحرك لذا يحدث انزياح دوبلر لهذا الصوت وتتقارب الإنضغاطات وتتباعد مما يؤدي إلى تغير تردد الموجة.

(8-2)

29. ما الضروري لتوليد الصوت وانتقاله؟

توافر جسم يهتز ووسط مادي.

30. المشاة. عند وصول جنود المشاة في الجيش إلى جسر فإنهم يسيرون على الجسر بخطوات غير منتظمة، فسرّ ذلك.

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 زيادة الطاقة الناتجة عنها مما يؤدي إلى انهياره ولا يكون هناك تضخيم لتردد معين عندما يسيرون بخطوات غير منتظمة.

تطبيق المفاهيم:

31. التقدير. لتقدير المسافة بينك وبين وميض برق بالكيلومترات، عُدّ الثواني بين رؤية الوميض وسماع صوت الرعد، واقسم على 3. وضح كيف تعمل هذه القاعدة.

إن سرعة الصوت تساوي $343m/s=0.343)km/s=(\frac{{\displaystyle 1}}{2.92})km/s$، أو ينتقل الصوت تقريباً 1 km خلال 3 s لذلك قسم عدد الثواني على 3.

32. تزداد سرعة الصوت بمقدار 0.6 m/s لكل درجة سلسيوس عند ارتفاع درجة حرارة الهواء بمقدار درجة واحدة، ماذا يحدث لكل مما يأتي بالنسبة لصوت ما عند ارتفاع درجة الحرارة؟

a. التردد

لا يوجد تغير في التردد.

b. الطول الموجي

يزداد الطول الموجي.

33. الأفلام. انفجر قمر اصطناعي في فيلم خيال علمي؛ حيث سمع الطاقم في مركبة فضائية قريبة من الانفجار صوته وشاهدوه فوراً إذا اُخترت مستشاراً فما الخطان الفيزيائيان اللذان تلاحظهما ويتعين عليك تصحيحهما؟

• أولاً: إذا سمعت صوتاً فإنك ستسمعه بعد رؤيتك للانفجار فموجات الصوت تنتقل أبطأ كثيراً من الموجات الكهرومغناطيسية.
• ثانياً: كثافة المادة في الفضاء قليلة جداً بحيث لا تنتشر موجات الصوت ولذلك لن يسمع أي صوت.

34. الانزياح نحو الأحمر. لاحظ الفلكيون أن الضوء القادم من المجرات البعيدة، يبدو مُزاحاً نحو الأحمر أكثر من الضوء القادم من المجرات القريبة، فسّر لماذا استنتج الفلكيون أن المجرات البعيدة تتحرك مبتعدة عن الأرض اعتماداً على الشكل 17-8 للطيف المرئي.

للضوء الأحمر طول موجي أكبر لذلك تردده أقل من تردد الألوان الأُخرى، أما بالنسبة لانزياح دوبلر للضوء القادم من المجرات البعيدة نحو الترددات المنخفضة (اللون الأحمر) فيشير ذلك إلى أن تلك المجرات تتحرك مبتعدة عنا.

35. يبلغ مستوى صوت 40 dB، هل تغير ضغطة 100مرة من عتبة السمع، أم 40 مرة؟

للصوت 40 db ضغط الصوت أكبر ب 100 مرة.

36. إذا ازدادت حدّة الصوت فما التغير الذي يحدث لكل مما يأتي؟

a. التردد

يزداد التردد.

b. الطول الموجي

يقل الطول الموجي.

c. سرعة الموجة

تبقى سرعة الموجة كما هي.

d. سعة الموجة

تبقى السعة نفسها.

37. 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.

v = $\lambda$f ، $\lambda$ = 4L

وبما أن v = $\lambda$4L إذا زادت v وبقيت L ثابتة فأن f تزداد وتزداد حدة الصوت أيضاً.

38. يولد أنبوب مغلق نغمة معينة، فإذا أُزيلت السدادة من نهايته المغلقة ليصبح مفتوحاً فهل تزداد حدّة الصوت أم تقل؟

تزداد حدة الصوت حيث يكون التردد أكبر بمقدار الضعف للأنبوب المفتوح مقارنة بالأنبوب المغلق.