17E: Sauti (Mazoezi)

Maswali ya dhana

17.1 Mawimbi ya Sauti

1. Ni tofauti gani kati ya sauti na kusikia?
2. Utajifunza kwamba mwanga ni wimbi la umeme linaloweza kusafiri kupitia utupu. Je, mawimbi ya sauti yanaweza kusafiri kupitia utupu?
3. Mawimbi ya sauti yanaweza kutajwa kama mabadiliko katika shinikizo. Kwa nini mabadiliko katika shinikizo hutumiwa na sio shinikizo halisi?

17.2 Kasi ya Sauti

4. Je, vibrations sauti ya atomi hutofautiana na mwendo wa joto?
5. Wakati sauti inapita kutoka kati moja hadi nyingine ambapo kasi yake ya uenezi ni tofauti, je, mzunguko wake au wavelength hubadilika? Eleza jibu lako kwa ufupi.
6. Hila maarufu ya chama ni kuingiza heliamu na kuzungumza kwa sauti ya juu-frequency, funny. Eleza jambo hili.
7. Huenda umetumia sonic mbalimbali finder katika maabara kupima umbali wa kitu kwa kutumia sauti kubonyeza kutoka transducer sauti. Ni kanuni gani inayotumiwa katika kifaa hiki?
8. Sonic mbalimbali finder kujadiliwa katika swali iliyotangulia mara nyingi inahitaji sanifu. Wakati wa calibration, programu inauliza joto la kawaida. Kwa nini unadhani joto la kawaida linahitajika?

17.3 Sauti ya Sauti

9. Wanachama sita wa timu ya kuogelea ya synchronized kuvaa earplugs kujilinda dhidi ya shinikizo la maji kwa kina, lakini bado wanaweza kusikia muziki na kufanya mchanganyiko ndani ya maji kikamilifu. Siku moja, waliombwa kuondoka kwenye bwawa ili timu ya kupiga mbizi iweze kufanya mazoezi machache, na walijaribu kufanya mazoezi kwenye kitanda, lakini walionekana kuwa na shida nyingi zaidi. Kwa nini hii inaweza kuwa?
10. Jumuiya ina wasiwasi kuhusu mpango wa kuleta huduma ya treni kwenye jiji lao kutoka nje ya jiji hilo. Kiwango cha sasa cha sauti, ingawa yadi ya reli inazuia mbali, ni 70 dB downtown. Meya huwahakikishia umma kuwa kutakuwa na tofauti ya dB 30 tu kwa sauti katika eneo la jiji. Je, townspeople kuwa na wasiwasi? Kwa nini?

17.4 Njia za kawaida za Wimbi la Sauti ya Kusimama

11. Unapewa vyombo viwili vya upepo vya urefu sawa. Moja ni wazi kwa mwisho wote, wakati mwingine imefungwa kwa mwisho mmoja. Ni ipi inayoweza kuzalisha mzunguko wa chini kabisa?
12. Ni tofauti gani kati ya overtone na harmonic? Je harmonics wote overtones? Je, wote overtones harmonics?
13. Nguzo mbili zinazofanana, zimefunguliwa kwa mwisho wote, ziko katika vyumba tofauti. Katika chumba A, halijoto ni T = 20 °C na katika chumba B, halijoto ni T = 25 °C msemaji amefungwa hadi mwisho wa kila tube, na kusababisha zilizopo kurudisha kwenye mzunguko wa msingi. Je, mzunguko huo ni sawa kwa zilizopo zote mbili? Ambayo ina mzunguko wa juu?

17.5 Vyanzo vya Sauti ya Muziki

14. 14. Jinsi gani gitaa unamplified kuzalisha sauti makali zaidi kuliko ile ya kamba kung'olewa uliofanyika taut kwa fimbo rahisi?
15. Fikiria mabomba matatu ya urefu sawa (L). Bomba A linafunguliwa kwa mwisho wote, bomba B imefungwa kwa mwisho wote, na bomba C ina mwisho mmoja wazi na mwisho mmoja uliofungwa. Ikiwa kasi ya sauti ni sawa katika kila moja ya zilizopo tatu, ambayo kati ya zilizopo inaweza kuzalishwa frequency chini ya msingi? Ni ipi kati ya zilizopo ambazo mzunguko wa msingi wa juu unaweza kuzalishwa?
16. Bomba A ina urefu L na imefunguliwa kwa mwisho wote. Bomba B ina urefu\(\frac{L}{2}\) na ina mwisho mmoja wazi na mwisho mmoja uliofungwa. Fikiria kasi ya sauti kuwa sawa katika zilizopo zote mbili. Ni ipi kati ya harmonics katika kila tube itakuwa sawa?
17. Kamba imefungwa kati ya machapisho mawili ya maabara umbali L mbali. Mvutano katika kamba na wiani wa wingi wa mstari ni kwamba kasi ya wimbi kwenye kamba ni v = 343 m/s. tube yenye hali ya mipaka ya ulinganifu ina urefu L na kasi ya sauti katika tube ni v = 343 m/s Ni nini kinachoweza kusema juu ya masafa ya harmonics katika kamba na tube? Nini kama kasi katika kamba ilikuwa v = 686 m/s?

17.6 Beats

18. Wasemaji wawili wanaunganishwa na jenereta ya ishara ya mzunguko. Spika A hutoa wimbi la sauti la mara kwa mara la 1.00 kHz, na msemaji B hutoa sauti ya 1.10 kHz. Mzunguko wa kupiga ni 0.10 kHz. Ikiwa mzunguko wa kila msemaji umeongezeka mara mbili, mzunguko wa kupiga huzalishwa nini?
19. Lebo hiyo imepigwa mbali na uma ya tuning na unahitaji kujua mzunguko wake. Kutoka ukubwa wake, unashutumu kuwa ni mahali fulani karibu na 250 Hz. Unaweza kupata 250-Hz tuning uma na 270-Hz tuning uma. Unapopiga njia ya 250-Hz na uma ya mzunguko usiojulikana, mzunguko wa kupiga wa 5 Hz huzalishwa. Unapopiga haijulikani na uma wa 270-Hz, mzunguko wa kupiga ni 15 Hz. Je, ni mzunguko usiojulikana? Je, unaweza kuwa inayotokana frequency kutumia tu 250-Hz uma?
20. Akizungumzia swali lililotangulia, ikiwa ulikuwa na njia ya 250-Hz tu, unaweza kuja na suluhisho la tatizo la kupata mzunguko usiojulikana? 21. Gari la “showy” lililojengwa kwa desturi lina pembe mbili za shaba zinazotakiwa kuzalisha mzunguko huo lakini kwa kweli hutoa 263.8 na 264.5 Hz. Nini mzunguko wa kupiga huzalishwa?

17.7 Athari ya Doppler

22. Je, Doppler kuhama halisi au udanganyifu tu hisia?
23. Watazamaji watatu wa stationary wanaona mabadiliko ya Doppler kutoka chanzo kinachohamia kwa kasi ya mara kwa mara. Waangalizi wamewekwa kama inavyoonekana hapa chini. Ni mwangalizi gani atakayeangalia mzunguko wa juu? Ni mwangalizi gani atakayeangalia mzunguko wa chini kabisa? Ni nini kinachoweza kusema juu ya mzunguko uliozingatiwa na mwangalizi 3?

24. Imeonyeshwa hapa chini ni chanzo cha kituo na waangalizi wa kusonga. Eleza masafa yaliyozingatiwa na waangalizi wa usanidi huu

25. Kabla ya 1980, rada ya kawaida ilitumiwa na watabiri wa hali ya hewa. Katika miaka ya 1960, watabiri wa hali ya hewa walianza kujaribu na rada ya Doppler. Unafikiri ni faida gani ya kutumia rada ya Doppler?

17.8 mshtuko mawimbi

26. Ni tofauti gani kati ya boom ya Sonic na wimbi la mshtuko?
27. Kutokana na masuala ya ufanisi kuhusiana na upinde wake wake, ndege ya usafiri supersonic lazima kudumisha kasi cruising yaani uwiano wa mara kwa mara na kasi ya sauti (mara kwa mara idadi Mach). Ikiwa ndege inaruka kutoka hewa ya joto hadi hewa kali, inapaswa kuongeza au kupunguza kasi yake? Eleza jibu lako.
28. Unaposikia sauti ya sauti, mara nyingi huwezi kuona ndege iliyoifanya. Kwa nini hiyo?

Matatizo

29. Fikiria wimbi la sauti linaloelekezwa na equation s (x, t) = 4.00 nm cos (3.66 m ^-1 x - ^{1256 s -1} t). Je, ni uhamisho wa juu, wavelength, mzunguko, na kasi ya wimbi la sauti?
30. Fikiria wimbi la sauti linalohamia kupitia hewa linaloelekezwa na equation s (x, t) = 6.00 nm cos (54.93 m ^-1 x - 18.84 x 10 ^{3 s -1} t). Ni muda mfupi zaidi unaotakiwa kwa molekuli ya hewa kuhamia kati ya 3.00 nm na —3.00 nm?
31. Fikiria ultrasound ya uchunguzi wa mzunguko 5.00 MHz ambayo hutumiwa kuchunguza uhaba katika tishu laini. (a) Je, ni wavelength katika hewa ya wimbi la sauti kama kasi ya sauti ni 343 m/s? (b) Ikiwa kasi ya sauti katika tishu ni 1800 m/s, ni wavelength ya wimbi hili katika tishu?
32. Wimbi la sauti linatokana kama\(\Delta\) P = 1.80 Pa dhambi (55.41 m ^-1 x - 18,840 ^{s -1} t). Je! Ni mabadiliko gani ya juu katika shinikizo, wavelength, mzunguko, na kasi ya wimbi la sauti?
33. Wimbi la sauti linatokana na kazi ya wimbi\(\Delta\) P = 1.20 Pa dhambi (kx - 6.28 x 10 ⁴ s ^-1 t) na wimbi la sauti linasafiri hewa kwa kasi ya v = 343.00 m/s. (a) Nambari ya wimbi la wimbi la sauti ni nini? (b) Thamani ya\(\Delta\) P ni nini (3.00 m, 20.00 s)?
34. Uhamisho wa molekuli za hewa katika wimbi la sauti huelekezwa na kazi ya wimbi s (x, t) = 5.00 nm cos (91.54 m ^-1 x - 3.14 x 10 ⁴ s -1 t). (a) Kasi ya wimbi la wimbi la sauti ni nini? (b) Je, ni kasi ya juu ya molekuli hewa kama wao oscillate katika rahisi harmonic mwendo? (c) Je, ni ukubwa wa kuongeza kasi ya juu ya molekuli hewa kama wao oscillate katika rahisi harmonic mwendo?
35. Msemaji huwekwa kwenye ufunguzi wa tube ndefu ya usawa. Spika oscillates katika frequency f, kujenga wimbi sauti kwamba hatua chini tube. Wimbi hupitia tube kwa kasi ya v = 340.00 m/s. wimbi la sauti linatokana na kazi ya wimbi s (x, t) = s _max cos (kx -\(\omega\) t +)\(\phi\). Wakati t = 0.00 s, molekuli ya hewa saa x = 3.5 m iko kwenye uhamisho wa juu wa 7.00 nm. Wakati huo huo, molekuli nyingine katika x = 3.7 m ina makazi ya 3.00 nm. Je! Ni mzunguko gani ambao msemaji anajitokeza?
36. Uma wa 250-Hz tuning hupigwa na huanza kutetemeka. Mita ya kiwango cha sauti iko umbali wa 34.00 m. Inachukua sauti\(\Delta\) t = 0.10 s kufikia mita. Uhamisho wa kiwango cha juu wa uma wa tuning ni 1.00 mm. Andika kazi ya wimbi kwa sauti.
37. Wimbi la sauti lililozalishwa na transducer ya ultrasonic, linalohamia hewa, linatokana na usawa wa wimbi s (x, t) = 4.50 nm cos (9.15 x 10 ⁴ m -1 x ÷ 2\(\pi\) (5.00 MHz) t). Transducer inatumiwa katika upimaji usio na uharibifu ili kupima fractures katika mihimili ya chuma. Kasi ya sauti katika boriti ya chuma ni v = 5950 m/s Pata kazi ya wimbi kwa wimbi la sauti katika boriti ya chuma.
38. Porpoises hutoa mawimbi ya sauti ambayo hutumia kwa urambazaji. Ikiwa wavelength ya wimbi la sauti limetolewa ni 4.5 cm, na kasi ya sauti ndani ya maji ni v = 1530 m/s, ni kipindi gani cha sauti?
39. Bati hutumia mawimbi ya sauti kukamata wadudu. Bati zinaweza kuchunguza masafa hadi 100 kHz. Ikiwa mawimbi ya sauti yanasafiri kupitia hewa kwa kasi ya v = 343 m/s, ni wavelength ya mawimbi ya sauti?
40. popo inapeleka ya wimbi la sauti 100 kHz na mawimbi ya sauti kusafiri kwa njia ya hewa kwa kasi ya v = 343 m/s. (a) Kama kiwango cha juu shinikizo tofauti ni 1.30 Pa, nini wimbi kazi ambayo mfano wimbi sauti, kuchukua wimbi ni sinusoidal? (Fikiria mabadiliko ya awamu ni sifuri.) (b) Kipindi na wavelength ya wimbi la sauti ni nini?
41. Fikiria grafu iliyoonyeshwa hapa chini ya wimbi la ukandamizaji. Inaonyeshwa ni picha za kazi ya wimbi kwa t = 0.000 s (bluu) na t = 0.005 s (machungwa). Je, ni wavelength, uhamisho wa kiwango cha juu, kasi, na kipindi cha wimbi la ukandamizaji?

42. Fikiria grafu katika tatizo lililotangulia la wimbi la ukandamizaji. Inaonyeshwa ni picha za kazi ya wimbi kwa t = 0.000 s (bluu) na t = 0.005 s (machungwa). Kutokana na kwamba uhamisho wa molekuli kwa wakati t = 0.00 s na msimamo x = 0.00 m ni s (0.00 m, 0.00 s) = 1.08 mm, hupata kazi ya wimbi ili kuiga wimbi la compression.
43. Kamba ya gitaa oscillates kwa mzunguko wa 100 Hz na hutoa wimbi la sauti. (a) Unafikiri mzunguko wa wimbi la sauti ni kwamba kamba ya vibrating inazalisha? (b) Ikiwa kasi ya wimbi la sauti ni v = 343 m/s, ni wavelength ya wimbi la sauti?

17.2 Kasi ya Sauti

44. Unapopigwa na mkuki, soprano ya operesheni inakuwezesha shriek 1200-Hz. Je, ni wavelength yake ikiwa kasi ya sauti ni 345 m/s?
45. Sauti gani ya mzunguko ina wavelength ya 0.10-m wakati kasi ya sauti ni 340 m/s?
46. Tumia kasi ya sauti siku ambapo mzunguko wa 1500-Hz una wavelength ya 0.221 m.
47. (a) Kasi ya sauti katika kati ambapo mzunguko wa 100-kHz hutoa wavelength ya 5.96-cm? (b) Ni dutu gani katika Jedwali 17.1 hii inawezekana kuwa?
48. Onyesha kuwa kasi ya sauti katika hewa 20.0 °C ni 343 m/s, kama inavyodaiwa katika maandishi.
49. Halijoto ya hewa katika Jangwa la Sahara inaweza kufikia 56.0 °C (takriban 134 °F). Je! Ni kasi gani ya sauti katika hewa kwenye joto hilo?
50. Pomboo hufanya sauti katika hewa na maji. Uwiano wa wavelength ya sauti katika hewa kwa wavelength yake katika maji ya bahari ni nini? Fikiria joto la hewa ni 20.0 °C.
51. Echo ya sonar inarudi manowari 1.20 s baada ya kutolewa. Je! Ni umbali gani wa kitu kinachounda echo? (Kudhani kwamba manowari ni katika bahari, si katika maji safi.)
52. (a) Ikiwa sonari ya manowari inaweza kupima nyakati za echo kwa usahihi wa 0.1000 s, ni tofauti gani ndogo zaidi katika umbali inayoweza kuchunguza? (Kudhani kwamba manowari ni katika bahari, si katika maji safi.) (b) Jadili mipaka azimio wakati huu unaweka juu ya uwezo wa mfumo wa sonar kuchunguza ukubwa na sura ya kitu kinachounda echo.
53. Mawimbi ya sauti ya ultrasonic mara nyingi hutumiwa katika njia za kupima yasiyo ya uharibifu. Kwa mfano, njia hii inaweza kutumika kupata makosa ya kimuundo katika chuma I-mihimili kutumika katika jengo. Fikiria urefu wa mita 10.00, chuma I-boriti na sehemu ya msalaba iliyoonyeshwa hapa chini. Uzito wa I-boriti ni 3846.50 N. itakuwa kasi gani ya sauti kupitia I-boriti? (Y _chuma = 200 gPa,\(\beta_{steel}\) = 159 gPa).

54. Mwanafizikia kwenye maonyesho ya fireworks mara bakia kati ya kuona mlipuko na kusikia sauti yake, na anaona kuwa ni 0.400 s. (a) Mbali gani mlipuko ikiwa halijoto la hewa ni 24.0 °C na ukipuuza muda unachukuliwa kwa nuru kufikia mwanafizikia? (b) Tumia umbali wa mlipuko ukizingatia kasi ya mwanga. Kumbuka kuwa umbali huu ni mkubwa sana.
55. Wakati wa sherehe ya Julai 4, moto wa M80 hupuka chini, huzalisha flash mkali na bang kubwa. Joto la hewa la hewa ya usiku ni T _F = 90.00 °F.Waangalizi wawili wanaona flash na kusikia bang. Mwangalizi wa kwanza anaelezea wakati kati ya flash na bang kama 1.00 pili. Mwangalizi wa pili anabainisha tofauti kama sekunde 3.00. Mstari wa kuona kati ya waangalizi wawili hukutana kwa pembe ya kulia kama inavyoonyeshwa hapa chini. Umbali wa\(\Delta\) x kati ya waangalizi wawili ni nini?

56. Uzito wa sampuli ya maji ni\(\rho\) = 998.00 kg/m ³ na moduli ya wingi ni\(\beta\) = 2.15 gPa. Je! Kasi ya sauti kupitia sampuli ni nini?
57. Tuseme popo hutumia kichwa cha sauti ili kupata mawindo yake ya wadudu, 3.00 m mbali. (Angalia Mchoro 17.6.) (a) Mahesabu ya mara echo kwa joto la 5.00 °C na 35.0 °C. (b) Ni asilimia gani kutokuwa na uhakika huu husababisha popo katika kupata wadudu? (c) Jadili umuhimu wa kutokuwa na uhakika huu na kama inaweza kusababisha matatizo kwa popo. (Katika mazoezi, popo inaendelea kutumia sauti kama kufunga katika, kuondoa zaidi ya matatizo yoyote zilizowekwa na hii na madhara mengine, kama vile mwendo wa mawindo.)

17.3 Sauti ya Sauti

58. Je! Ni kiwango gani katika watts kwa mita ya mraba wa sauti ya 85.0-dB?
59. Lebo ya onyo kwenye mower ya lawn inasema kwamba hutoa kelele kwa kiwango cha 91.0 dB. Je! Hii ni nini katika watts kwa mita ya mraba?
60. Wimbi la sauti linalosafiri hewa lina amplitude ya shinikizo la 0.5 Pa. Ukubwa wa wimbi ni nini?
61. Ni kiwango gani cha kiwango ambacho sauti katika tatizo lililotangulia inalingana na?
62. Ni kiwango gani cha kiwango cha sauti katika dB kinachozalishwa na earphones zinazounda kiwango cha 4.00 x 10 ^{-1 -2} W/m ²?
63. Je, ni kiwango cha decibel cha sauti ambacho kina mara mbili kama sauti ya 90.0-dB? (b) Kiwango cha decibel cha sauti ambacho ni moja ya tano kama makali kama sauti ya 90.0-dB ni nini?
64. Ukubwa wa sauti ambayo ina kiwango cha 7.00 dB chini kuliko sauti ya 4.00 x 10 ^-9 W/m ²? (b) Upeo wa sauti ambayo ni 3.00 dB ya juu kuliko sauti ya 4.00 x 10 ^-9 -W/m ²?
65. Watu wenye kusikia vizuri wanaweza kuona sauti chini kama -8.00 dB kwa mzunguko wa 3000 Hz. Je! Ni ukubwa gani wa sauti hii katika watts kwa mita ya mraba?
66. Ikiwa nyumba kubwa ya 3.0 m mbali na wewe hufanya kelele ya 40.0 dB, ni kiwango gani cha kelele cha nzi 1000 kwa umbali huo, kwa kuzingatia kuingiliwa kuna athari ndogo?
67. Magari kumi katika mduara kwenye ushindani wa sanduku la boom huzalisha kiwango cha sauti cha 120-dB katikati ya mduara. ni wastani sauti kiwango ngazi zinazozalishwa huko na kila stereo, kuchukua madhara kuingiliwa inaweza kupuuzwa?
68. Ukubwa wa wimbi la sauti hupimwa kulingana na shinikizo la kupima kiwango cha juu. Kwa sababu gani amplitude ya wimbi la sauti huongezeka ikiwa kiwango cha sauti cha sauti kinaongezeka kwa 40.0 dB?
69. Ikiwa kiwango cha sauti cha 0 dB saa 1000 Hz kinalingana na shinikizo la kupima kiwango cha juu (sauti amplitude) ya ^{10 -9} atm, ni shinikizo la kupima kiwango cha juu katika sauti ya 60-dB? Je! Ni shinikizo la kupima kiwango cha juu katika sauti ya 120-dB?
70. Ufikiaji wa saa 8 kwa kiwango cha sauti cha 90.0 dB inaweza kusababisha uharibifu wa kusikia. Ni nishati gani katika joules iko kwenye eardrum ya kipenyo cha 0.800-cm-kipenyo kilicho wazi?
71. Sauti inaambukizwa kwa ufanisi zaidi kwenye stethoscope kwa kuwasiliana moja kwa moja badala ya hewa, na inazidi zaidi kwa kujilimbikizia eneo ndogo la eardrum. Ni busara kudhani kwamba sauti hupitishwa katika stethoscope mara 100 kwa ufanisi ikilinganishwa na maambukizi ingawa hewa. Je, ni faida gani katika decibel zinazozalishwa na stethoscope ambayo ina eneo la kukusanya sauti ya 15.0 cm ², na huzingatia sauti kwenye eardrums mbili na jumla ya eneo la 0.900 cm ² na ufanisi wa 40.0%?
72. Spika zinaweza kuzalisha sauti kali na pembejeo ya kushangaza ndogo ya nishati licha ya ufanisi wao mdogo. Tumia pembejeo ya nguvu inayohitajika ili kuzalisha kiwango cha sauti cha 90.0-dB kwa msemaji wa kipenyo cha 12.0-cm-mduara ambayo ina ufanisi wa 1.00%. (Thamani hii ni kiwango cha sauti cha kulia kwa msemaji.)
73. Sababu ya 10 ^-12 katika kiwango cha nguvu ambacho sikio linaweza kujibu, kutoka kizingiti hadi kile kinachosababisha uharibifu baada ya kufidhiliwa kwa muda mfupi, ni ajabu sana. Kama unaweza kupima umbali juu ya aina moja na chombo moja na umbali ndogo unaweza kupima mara 1 mm, nini itakuwa kubwa kuwa?
74. Je, ni masafa ya karibu zaidi ya 500 Hz ambayo mtu wa kawaida anaweza kutofautisha wazi kuwa tofauti katika mzunguko kutoka 500 Hz? Sauti hazipo wakati huo huo.
75. Je, unaweza kuwaambia kwamba mwenzako wa kiume aligeuka sauti kwenye TV ikiwa kiwango chake cha wastani cha sauti kinatoka 70 hadi 73 dB?
76. Ikiwa mwanamke anahitaji amplification ya 5.0 x 10 mara ⁵ kiwango cha kizingiti ili kumwezesha kusikia katika mzunguko wote, ni kupoteza kwake kwa ujumla kusikia katika dB? Kumbuka kuwa amplification ndogo ni sahihi kwa sauti makali zaidi ili kuepuka uharibifu zaidi kwa kusikia kwake kutoka ngazi ya juu ya 90 dB.
77. Mtu ana kizingiti cha kusikia 10 dB juu ya kawaida saa 100 Hz na 50 dB juu ya kawaida saa 4000 Hz. Ni kiasi gani kikubwa zaidi lazima sauti ya 100-Hz iwe kuliko sauti ya 4000-Hz ikiwa wote ni vigumu kusikilizwa kwa mtu huyu?

17.4 Njia za kawaida za Wimbi la Sauti ya Kusimama

78. (a) Ni mzunguko gani wa msingi wa tube ya urefu wa 0.672-m, wazi kwa mwisho wote, siku ambapo kasi ya sauti ni 344 m/s? (b) Je, ni mzunguko wa harmonic yake ya pili?
79. Urefu wa tube ambayo ina mzunguko wa msingi wa 176 Hz na overtone ya kwanza ya 352 Hz ikiwa kasi ya sauti ni 343 m/s?
80. Mfereji wa sikio huwa kama bomba lililofungwa upande mmoja. (Angalia Mchoro 17.19.) Ikiwa mifereji ya sikio inatofautiana kwa urefu kutoka 1.80 hadi 2.60 cm kwa idadi ya watu wastani, ni aina gani ya masafa ya msingi ya resonant? Chukua joto la hewa kuwa 37.0 °C, ambalo ni sawa na halijoto la mwili.
81. Tumia mahesabu ya overtone ya kwanza katika mfereji wa sikio, ambayo inafanana na tube ya urefu wa 2.40 cm iliyofungwa kwa mwisho mmoja, kwa kuchukua joto la hewa kuwa 37.0 °C Je sikio hasa nyeti kwa mzunguko huo? (Resonances ya mfereji wa sikio ni ngumu na sura yake isiyo ya kawaida, ambayo tutapuuza.)
82. makadirio ghafi ya uzalishaji sauti ni kufikiria vifungu kupumua na mdomo kuwa tube resonating kufungwa upande mmoja. (a) Mzunguko wa msingi ni nini ikiwa bomba lina urefu wa m 0.240, kwa kuchukua joto la hewa kuwa 37.0 °C? (b) Mzunguko huu ungekuwa nini ikiwa mtu huyo alibadilisha hewa na heliamu? Fikiria utegemezi wa joto sawa kwa heliamu kama kwa hewa.
83. Bomba la urefu wa 4.0-m, linafunguliwa kwa mwisho mmoja na kufungwa mwisho mmoja, liko kwenye chumba ambako joto ni T = 22 °C Msemaji anayeweza kuzalisha masafa ya kutofautiana huwekwa kwenye mwisho wa wazi na hutumika kusababisha tube kurudisha. (a) ni wavelength na mzunguko wa mzunguko wa msingi nini? (b) Je, ni mzunguko na wavelength ya overtone ya kwanza?
84. Bomba la urefu wa 4.0-m, lililofunguliwa katika ncha zote mbili, linawekwa kwenye chumba ambako joto ni T = 25 °C. msemaji anayeweza kuzalisha masafa ya kutofautiana huwekwa kwenye mwisho wa wazi na hutumiwa kusababisha tube kuwaka. (a) Je, ni wavelength na mzunguko wa mzunguko wa msingi? (b) Je, ni mzunguko na wavelength ya overtone ya kwanza?
85. Kamba ya gitaa ya nylon imewekwa kati ya machapisho mawili ya maabara 2.00 m mbali. Kamba ina linear wingi wiani\(\mu\) = 7.20 g/m na kuwekwa chini ya mvutano wa 160.00 N. kamba ni kuwekwa karibu na tube, wazi katika ncha zote mbili, urefu L. kamba ni kung'olewa na tube resonates katika n = 3 mode. Kasi ya sauti ni 343 m/s. urefu wa tube ni nini?
86. Fomu ya kupiga 512-Hz inakabiliwa na kuwekwa karibu na tube yenye pistoni inayohamishika, na kujenga tube yenye urefu wa kutofautiana. Pistoni imeshuka chini ya bomba na resonance inafikiwa wakati pistoni ni 115.50 cm kutoka mwisho wa wazi. Resonance ijayo inafikiwa wakati pistoni ni 82.50 cm kutoka mwisho wa wazi. (a) Kasi ya sauti katika tube ni nini? (b) Je, pistoni itasababisha hali ya pili ya resonance?
87. Wanafunzi katika maabara ya fizikia wanaulizwa kupata urefu wa safu ya hewa katika tube iliyofungwa kwenye mwisho mmoja ambayo ina mzunguko wa msingi wa 256 Hz. Wanashikilia tube kwa wima na kuijaza kwa maji hadi juu, kisha kupunguza maji wakati uma wa 256-Hz tuning ni rung na kusikiliza resonance ya kwanza. (a) Joto la hewa ni nini ikiwa resonance hutokea kwa urefu wa 0.336 m? (b) Kwa urefu gani wataona resonance ya pili (overtone ya kwanza)?

17.5 Vyanzo vya Sauti ya Muziki

88. Ikiwa chombo cha upepo, kama vile tuba, kina mzunguko wa msingi wa 32.0 Hz, ni nini overtones yake ya kwanza ya tatu? Imefungwa kwa mwisho mmoja. (Overtones ya tuba halisi ni ngumu zaidi kuliko mfano huu, kwa sababu ni tube tapered.)
89. Je, ni overtones tatu za kwanza za bassoon ambayo ina mzunguko wa msingi wa 90.0 Hz? Ni wazi katika mwisho wote. (Overtones ya bassoon halisi ni ngumu zaidi kuliko mfano huu, kwa sababu mwanzi wake mara mbili hufanya kutenda zaidi kama tube imefungwa mwisho mmoja.)
90. Je, filimbi lazima iwe muda gani ili uwe na mzunguko wa msingi wa 262 Hz (mzunguko huu unafanana na katikati ya C kwenye kiwango cha chromatic kilichosawasawa na hasira) siku ambapo joto la hewa ni 20.0 °C? Ni wazi katika mwisho wote.
91. Ni urefu gani unapaswa kuzalisha mzunguko wa msingi wa 110 Hz siku ambapo kasi ya sauti ni 343 m/s? Ni wazi katika mwisho wote.
92. (a) Pata urefu wa bomba la chombo lililofungwa upande mmoja linalozalisha mzunguko wa msingi wa 256 Hz wakati joto la hewa ni 18.0 °C. (b) Ni mzunguko gani wa msingi wa 25.0 °C?
93. Bomba la chombo (L = 3.00 m) imefungwa kwa mwisho wote. Futa wavelengths na frequency ya njia tatu za kwanza za resonance. Fikiria kasi ya sauti ni v = 343.00 m/s.
94. Bomba la chombo (L = 3.00 m) imefungwa mwisho mmoja. Futa wavelengths na frequency ya njia tatu za kwanza za resonance. Fikiria kasi ya sauti ni v = 343.00 m/s.
95. Wimbi la sauti la mzunguko wa 2.00 kHz huzalishwa na kamba inayozunguka katika mode n = 6. Uzito wa mstari wa mstari wa kamba ni\(\mu\) = 0.0065 kg/m na urefu wa kamba ni 1.50 m Je, ni mvutano gani katika kamba?
96. Fikiria sauti iliyoundwa na resonating tube hapa chini. Joto la hewa ni T _C = 30.00 °C Je, ni wavelength, kasi ya wimbi, na mzunguko wa sauti zinazozalishwa nini?

97. Mwanafunzi ana pole ya maabara ya 80.00-cm robo moja ya urefu kutoka mwisho wa pole. Pole ya maabara ni ya alumini. Mwanafunzi hupiga pole ya maabara na nyundo. Pole resonates katika frequency chini iwezekanavyo. Ni nini kwamba frequency?
98. Kamba kwenye violin ina urefu wa cm 24.00 na uzito wa 0.860 g. mzunguko wa msingi wa kamba ni 1.00 kHz. (a) Kasi ya wimbi kwenye kamba ni nini? (b) Ni mvutano gani katika kamba?
99. Kwa sehemu gani masafa yanayotengenezwa na chombo cha upepo yatabadilika wakati halijoto la hewa litaondoka 10.0 °C hadi 30.0 °C? Hiyo ni, kupata uwiano wa frequency katika joto hilo.

17.6 Beats

100. Ni masafa gani ya kupiga yaliyopo: (a) Ikiwa maelezo ya muziki A na C yanachezwa pamoja (masafa ya 220 na 264 Hz)? (b) Kama D na F ni kucheza pamoja (frequency ya 297 na 352 Hz)? (c) Kama zote nne ni alicheza pamoja?
101. Ni masafa gani ya kupiga matokeo ikiwa nyundo ya piano inapiga masharti matatu ambayo hutoa masafa ya 127.8, 128.1, na 128.3 Hz?
102. tuner piano kusikia kuwapiga kila 2.00 s wakati kusikiliza 264.0-Hz tuning uma na moja piano kamba. Je! Ni masafa mawili ya iwezekanavyo ya kamba?
103. Mikanda miwili inayofanana, ya urefu sawa wa 2.00 m na wiani wa mstari wa\(\mu\) = 0.0065 kg/m, huwekwa kwenye mwisho wote. String A ni chini ya mvutano wa 120.00 N. string B ni chini ya mvutano wa 130.00 N. kila kung'olewa na kuzalisha sauti katika n = 10 mode. Mzunguko wa kupiga ni nini?
104. Mpangilio wa piano hutumia uma ya kutengeneza 512-Hz ili kuunda piano. Anapiga uma na kupiga ufunguo kwenye piano na kusikia mzunguko wa kupiga wa 5 Hz. Anaimarisha kamba ya piano, na kurudia utaratibu. Mara nyingine tena anasikia mzunguko wa kupiga wa 5 Hz. Nini kilichotokea?
105. Kamba yenye wiani wa molekuli ya mstari wa\(\mu\) = 0.0062 kg/m imetambulishwa kati ya machapisho mawili 1.30 m mbali. Mvutano katika kamba ni 150.00 N. kamba oscillates na hutoa wimbi sauti. Uma wa kupiga 1024-Hz unapigwa na mzunguko wa kupiga kati ya vyanzo viwili ni 52.83 Hz. Je, ni mzunguko unaowezekana na wavelength ya wimbi kwenye kamba?
106. Gari lina pembe mbili, moja ikitoa mzunguko wa 199 Hz na nyingine ikitoa mzunguko wa 203 Hz. Je! Wao huzalisha mzunguko gani?
107. Nyundo ya kati ya C ya piano hupiga masharti mawili, huzalisha beats ya 1.50 Hz. Moja ya masharti yanatengenezwa kwa 260.00 Hz. Nini masafa inaweza kamba nyingine kuwa na?
108. Fursa mbili za tuning zilizo na mzunguko wa 460 na 464 Hz zinapigwa wakati huo huo. Ni mzunguko gani wa wastani utasikia, na mzunguko wa kupiga utakuwa nini?
109. Injani za ndege mbili kwenye ndege zinazalisha mzunguko wa sauti ya wastani wa 4100 Hz na mzunguko wa kupiga 0.500 Hz. Je, ni frequency yao binafsi?
110. Funguo tatu zilizo karibu kwenye piano (F, F-mkali, na G) zinapigwa wakati huo huo, huzalisha mzunguko wa 349, 370, na 392 Hz. Ni masafa gani ya kupiga yanayotengenezwa na mchanganyiko huu usiofaa?

17.7 Athari ya Doppler

111. (a) Ni mzunguko gani unaopokelewa na mtu anayeangalia ambulensi inayokuja inayohamia saa 110 km/h na kutoa sauti ya 800-Hz kutoka kwa siren yake? Kasi ya sauti siku hii ni 345 m/s. (b) Anapokea mzunguko gani baada ya ambulensi kupita?
112. (a) Katika show ya hewa ndege inaruka moja kwa moja kuelekea kusimama kwa kasi ya 1200 km/h, ikitoa mzunguko wa 3500 Hz, siku ambapo kasi ya sauti ni 342 m/s. (b) Ni mzunguko gani wanapokea kama ndege inaruka moja kwa moja mbali nao?
113. Ni mzunguko gani unaopokea na panya kabla ya kupelekwa na kipanga kilichopuka saa 25.0 m/s na kutoa sauti ya mzunguko wa 3500 Hz? Chukua kasi ya sauti kuwa 331 m/s.
114. Mtazamaji kwenye gwaride anapokea sauti ya 888-Hz kutoka kwa tarumbeta inayokuja ambaye anacheza note ya 880-Hz. Je, mwanamuziki anakaribia kasi gani ikiwa kasi ya sauti ni 338 m/s?
115. treni abiria makofi yake 200-Hz pembe kama inakaribia kuvuka. Kasi ya sauti ni 335 m/s. (a) Mwangalizi anayesubiri wakati wa kuvuka anapata mzunguko wa 208 Hz. Kasi ya treni ni nini? (b) Ni mzunguko gani anayepokea wakati treni inapoondoka?
116. Je, unaweza kuona mabadiliko katika mzunguko zinazozalishwa wakati kuvuta uma tuning kuelekea wewe saa 10.0 m/s siku ambapo kasi ya sauti ni 344 m/s? Ili kujibu swali hili, hesabu sababu ambayo mabadiliko ya mzunguko na kuona ikiwa ni kubwa kuliko 0.300%.
117. Tai mbili zinaruka moja kwa moja kuelekea kila mmoja, kwanza saa 15.0 m/s na pili saa 20.0 m/s. screech zote mbili, kwanza kutotoa mzunguko wa 3200 Hz na wa pili kutotoa mzunguko wa 3800 Hz. Je, hupokea frequency gani ikiwa kasi ya sauti ni 330 m/s?
118. Mwanafunzi A anaendesha chini ya barabara ya ukumbi wa shule kwa kasi ya v _o = 5.00 m/s, akibeba kupigia 1024.00-Hz tuning uma kuelekea ukuta halisi. Kasi ya sauti ni v = 343.00 m/s Mwanafunzi B anasimama kwenye ukuta. (a) Ni mzunguko gani unaosikia na mwanafunzi B? (b) Ni nini mzunguko wa kuwapiga kusikia na mwanafunzi A?
119. Gari la wagonjwa na siren (f = 1.00kHz) kupiga kelele inakaribia eneo la ajali. Gari la wagonjwa linahamia saa 70.00 mph. Muuguzi inakaribia eneo kutoka mwelekeo kinyume, mbio v _o = 7.00 m/s. muuguzi kuchunguza nini mzunguko? Fikiria kasi ya sauti ni v = 343.00 m/s.
120. Mzunguko wa siren ya ambulensi ni 900 Hz na inakaribia wewe. Unasimama kwenye kona na uangalie mzunguko wa 960 Hz. Je, ni kasi gani ya ambulensi (katika mph) ikiwa kasi ya sauti ni v = 340.00 m/s?
121. Je, ni kasi ya chini ambayo chanzo lazima kusafiri kuelekea wewe ili uweze kusikia kwamba mzunguko wake ni Doppler kubadilishwa? Hiyo ni kasi gani inayozalisha mabadiliko ya 0.300% siku ambapo kasi ya sauti ni 331 m/s?

17.8 mshtuko mawimbi

122. Ndege inaruka Mach 1.50 kwa urefu wa mita 7500.00, ambapo kasi ya sauti ni v = 343.00 m/s.
123. Ndege ya kuruka kwenye urefu wa kilomita 8.50 ina kasi ya Mach 2.00, ambapo kasi ya sauti ni v = 340.00 m/s. muda gani baada ya ndege ni moja kwa moja uendeshaji, mwangalizi wa stationary atasikia boom ya sauti?
124. Wimbi la mshtuko mbele ya ndege ya mpiganaji lina angle ya\(\theta\) = 70.00°. Ndege inaruka saa 1200 km/h.
125. Ndege inaruka kwenye Mach 1.2, na mwangalizi juu ya ardhi husikia boom ya sauti 15.00 sekunde baada ya ndege kuelekea moja kwa moja. Urefu wa ndege ni nini? Fikiria kasi ya sauti ni vw = 343.00 m/s.
126. Risasi inafukuzwa na huenda kwa kasi ya 1342 mph. Kudhani kasi ya sauti ni v = 340.00 m/s. angle ya wimbi mshtuko zinazozalishwa nini?
127. Msemaji huwekwa kwenye ufunguzi wa tube ndefu ya usawa. Msemaji huvuta kwa mzunguko wa f, na kujenga wimbi la sauti linalotembea chini ya tube. Wimbi hupitia tube kwa kasi ya v = 340.00 m/s. wimbi la sauti linatokana na kazi ya wimbi s (x, t) = s _max cos (kx -\(\omega\) t +\(\phi\)). Wakati t = 0.00 s, molekuli ya hewa saa x = 2.3 m iko kwenye uhamisho wa juu wa 6.34 nm. Wakati huo huo, molekuli nyingine katika x = 2.7 m ina makazi ya 2.30 nm. Je! Ni kazi gani ya wimbi la wimbi la sauti, yaani, kupata nambari ya wimbi, mzunguko wa angular, na mabadiliko ya awamu ya awali?
128. Ndege inakwenda kwenye Mach 1.2 na hutoa wimbi la mshtuko. (a) Kasi ya ndege katika mita kwa pili ni nini? (b) Je, ni pembe gani ambayo wimbi la mshtuko huenda?

Matatizo ya ziada

129. Bomba la urefu wa 0.80-m linafunguliwa kwa mwisho wote. Joto la hewa ni 26 °C Hewa ndani ya bomba huvunjika kwa kutumia msemaji unaohusishwa na jenereta ya ishara. Je, ni wavelengths na frequency ya njia mbili za kwanza za mawimbi ya sauti ambayo yanajitokeza kwenye tube?
130. Bomba lililojaa maji lina valve chini ili kuruhusu maji yatoke nje ya bomba. Kama maji yameondolewa kwenye bomba, urefu L wa safu ya hewa hubadilika. Fomu ya kupiga 1024-Hz imewekwa kwenye ufunguzi wa tube. Maji huondolewa kwenye bomba mpaka mode n = 5 ya wimbi la sauti linapoanza. Urefu wa safu ya hewa ni nini ikiwa halijoto ya hewa ndani ya chumba ni 18 °C?

131. Fikiria takwimu zifuatazo. Urefu wa kamba kati ya vibrator ya kamba na pulley ni L = 1.00 m. wiani wa mstari wa kamba ni\(\mu\) = 0.006 kg/m. vibrator ya kamba inaweza kusonga kwa mzunguko wowote. Masi ya kunyongwa ni kilo 2.00. (a) ni wavelength na frequency ya n = 6 mode nini? (b) Kamba hupunguza hewa karibu na kamba. Je, ni wavelength ya sauti ikiwa kasi ya sauti ni v _s = 343.00 m/s?

132. Majaribio ya kuhama mapema ya Doppler yalifanyika kwa kutumia bendi ya kucheza muziki kwenye treni. mchezaji tarumbeta juu ya kusonga reli flatcar ina 320-Hz kumbuka. Mawimbi ya sauti yaliyosikia na mwangalizi wa kituo kwenye jukwaa la treni husikia mzunguko wa 350 Hz. Kasi ya flatcar katika mph ni nini? Joto la hewa ni T _C = 22 °C.
133. Magari mawili yanaelekea kila mmoja, wote wakipiga pembe zao (f _s = 800 Hz). Gari A ni kusonga katika 65 mph na gari B ni saa 75 mph. Je! Mzunguko wa kupiga unasikia na kila dereva ni nini? Joto la hewa ni T _C = 22.00 °C.
134. Mwanafunzi A anaendesha baada ya Mwanafunzi B. mwanafunzi A hubeba uma tuning kupigia saa 1024 Hz, na mwanafunzi B hubeba uma tuning kupigia saa 1000 Hz. Mwanafunzi A anaendesha kwa kasi ya v _A = 5.00 m/s na Mwanafunzi B anaendesha v _B = 6.00 m/s. ni nini mzunguko wa kupiga kusikia na kila mwanafunzi? Kasi ya sauti ni v = 343.00 m/s.
135. Tuseme kwamba kiwango cha sauti kutoka chanzo ni 75 dB na kisha hupungua hadi 52 dB, na mzunguko wa 600 Hz. Kuamua (a) ya awali na (b) nguvu ya mwisho ya sauti na (c) ya awali na (d) amplitudes ya wimbi la sauti ya mwisho. Joto la hewa ni T _C = 24.00 °C na wiani wa hewa ni\(\rho\) = 1.184 kg/m ³.
136. Mabadiliko ya Doppler kwa rada ya Doppler hupatikana kwa f = f _{R\(\left(\dfrac{1 + v_{c}}{1 − v_{c}}\right)\)}, ambapo f R ni mzunguko wa rada, f ni mzunguko unaozingatiwa na rada, c ni kasi ya mwanga, na v ni kasi ya lengo. Je, ni mzunguko wa kupiga unaozingatiwa kwenye rada, kuchukua kasi ya lengo ni polepole sana kuliko kasi ya mwanga?
137. Mwangalizi wa stationary husikia mzunguko wa 1000.00 Hz kama njia ya chanzo na mzunguko wa 850.00 Hz kama chanzo kinaondoka. Chanzo kinaendelea kwa kasi ya mara kwa mara ya 75 mph. Je! Joto la hewa ni nini?
138. Flute ina alama na mzunguko wa 600 Hz. Flute inaweza kuonyeshwa kama bomba kufunguliwa kwa mwisho wote, ambapo mchezaji wa filimbi hubadilisha urefu na nafasi zake za kidole. Urefu wa tube ni nini ikiwa hii ni mzunguko wa msingi?

Changamoto Matatizo

139. Wasemaji wawili wa sauti wanajitenga na umbali d, kila sounding frequency f. mwangalizi anasimama katika msemaji mmoja na anatembea katika mstari wa moja kwa moja umbali x, perpendicular kwa wasemaji wawili, mpaka atakapokuja kiwango cha kwanza cha sauti. Kasi ya sauti ni v. Ni mbali gani kutoka kwa msemaji?
140. Fikiria beats zilizoonyeshwa hapa chini. Hii ni grafu ya shinikizo la kupima dhidi ya muda kwa nafasi x = 0.00 m. wimbi linakwenda kwa kasi ya v = 343.00 m/s. (a) Kuna beats ngapi kwa sekunde? (b) Mara ngapi wimbi hupungua kwa pili? (c) Andika kazi ya wimbi kwa shinikizo la kupima kama kazi ya muda.

141. Wasemaji wawili wanaozalisha mzunguko huo wa sauti ni umbali wa d mbali. Fikiria arc kando ya mduara wa radius R, unaozingatia katikati ya wasemaji, kama inavyoonyeshwa hapo chini. (a) Katika pembe gani kutakuwa na maxima? (b) Kwa pembe gani kutakuwa na minima?

142. Kamba ina urefu wa mita 1.5, wiani wa molekuli linear\(\mu\) = 0.008 kg/m, na mvutano wa 120 N. ikiwa joto la hewa ni T = 22 °C, urefu wa bomba unapaswa kufunguliwa kwa ncha zote mbili ili iwe na mzunguko sawa kwa mode n = 3?
143. Kamba (\(\mu\)= 0.006 kg/m, L = 1.50 m) ni fasta katika mwisho wote na ni chini ya mvutano wa 155 N. oscillates katika n = 10 mode na hutoa sauti. Fomu ya tuning inapigia karibu, huzalisha mzunguko wa kupiga 23.76 Hz. (a) Mzunguko wa sauti kutoka kwenye kamba ni nini? (b) Je, ni mzunguko wa uma wa tuning ikiwa mzunguko wa uma wa tuning ni wa chini? (c) Je, ni mvutano gani wa kamba kwa mzunguko wa kupiga kuwa sifuri?
144. Kamba ina linear wingi wiani\(\mu\), urefu L, na mvutano wa F _T, na oscillates katika mode n katika frequency f Kupata uwiano wa\(\frac{\Delta f}{f}\) mabadiliko madogo katika mvutano.
145. Kamba ina wiani wa wingi wa mstari\(\mu\) = 0.007 kg/m, urefu L = 0.70 m, mvutano wa F _T = 110 N, na oscillates katika mode n = 3. (a) Mzunguko wa oscillations ni nini? (b) Tumia matokeo katika tatizo lililotangulia ili kupata mabadiliko katika mzunguko wakati mvutano umeongezeka kwa 1.00%.
146. Msemaji anayetumiwa na jenereta ya ishara hutumiwa kujifunza resonance katika tube. Jenereta ya ishara inaweza kubadilishwa kutoka mzunguko wa 1000 Hz hadi 1800 Hz. Kwanza, tube ya urefu wa 0.75 m, kufunguliwa kwa mwisho wote, inasoma. Joto katika chumba ni T _F = 85.00 °F. (a) Ni njia gani za kawaida za bomba zinaweza kujifunza? Je, ni frequency na wavelengths nini? Halafu cap iko kwenye mwisho mmoja wa bomba la urefu wa mita 0.75. (b) Ni njia gani za kawaida za bomba zinaweza kujifunza? Je, ni frequency na wavelengths nini?
147. Kamba kwenye violini ina urefu wa cm 23.00 na wingi wa gramu 0.900. Mvutano katika kamba 850.00 N. joto katika chumba ni T _C = 24.00 °C kamba ni kung'olewa na oscillates katika n = 9 mode. (a) Kasi ya wimbi kwenye kamba ni nini? (b) Je, ni wavelength ya wimbi la sauti zinazozalishwa? (c) Je, ni mzunguko wa kamba ya oscillating? (d) Ni mzunguko wa sauti zinazozalishwa nini? (e) Je, ni wavelength ya sauti zinazozalishwa?

Wachangiaji na Majina

Template:ContribOpenStaxUni