Zadanie 6.5.2.1

 Zadanie 6.5.2.1

Fala sinusoidalna w strunie
Fala sinusoidalna o długości \(1,56\,\mathrm{m}\) biegnie w napiętej strunie. Punkty struny przebywają drogę od swego położenia równowagi do maksymalnego wychylenia (odkształcenia) w czasie \(0,24\,\mathrm{s}\). Oblicz okres, częstotliwość i prędkość tej fali.

Informacja

Możesz zobaczyć odpowiedź klikając w przycisk "Odpowiedź" lub sprawdzać kolejne etapy rozwiązania, wybierając prawidłowe odpowiedzi. W rozwiązaniu znajdziesz wskazówki, obliczenia i objaśnienia.

Dane i szukane

Dane:
- długość sinusoidalnej fali \(\lambda=1,56\,\mathrm{m}\),
- czas przebycia drogi przez punkty struny od swego położenia równowagi do maksymalnego wychylenia \(t=0,24\,\mathrm{s}\).

Szukane:
- okres \(T\),
- częstotliwość \(f\),
- prędkość fali \(c\).

Odpowiedź

Szukane wielkości wynoszą:

  • okres \(T=0,96\,\mathrm{s}\),
  • częstotliwość \(f=1,04\,\mathrm{Hz}\),
  • prędkość fali \(\displaystyle{c=1,625\,\mathrm{\frac{m}{s}}}\).

Polecenie

Wyznacz okres fali. Wybierz jedną prawidłową wartość, wśród czterech przedstawionych poniżej.

Wybór 1 z 4

\(T=0,24\,\mathrm{s}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 2 z 4

\(T=0,48\,\mathrm{s}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 3 z 4

\(T=0,72\,\mathrm{s}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 4 z 4

\(T=0,96\,\mathrm{s}\)

Odpowiedź prawidłowa

Rozwiązanie

Elementy struny drgają wokół swoich położeń równowagi wykonując ruch harmoniczny prosty. Aby pokonać odległość opisaną w zadaniu potrzebują na to czasu \(t\).

Rysunek


Z rysunku możemy odczytać: \(\displaystyle{t=\frac{T}{4} }\), a stąd mamy

\(T=4t=4\cdot 0,24=0,96\,\mathrm{s}\)

Polecenie

Wyznacz częstotliwość oraz prędkość tej fali. Wybierz jeden prawidłowy zestaw wartości, wśród dwóch przedstawionych poniżej.

Wybór 1 z 2

\(f=1,04\,\mathrm{Hz}\)

\(\displaystyle{c=1,498\,\mathrm{\frac{m}{s}}}\)

Odpowiedź nieprawidłowa

Wybór 2 z 2

\(f=1,04\,\mathrm{Hz}\)

\(\displaystyle{c=1,625\,\mathrm{\frac{m}{s}}}\)

Odpowiedź prawidłowa

Rozwiązanie

Częstotliwość fali wynosi

\(\displaystyle{f=\frac{1}{T}=\frac{1}{0,96}}\)

\(f=1,04\,\mathrm{Hz}\)

Prędkość tej fali wyznaczamy ze wzoru

\(\displaystyle{c=\frac{\lambda}{T}=\frac{1,56}{0,96} }\)

\(\displaystyle{c=1,625\,\mathrm{\frac{m}{s}}}\)

Odpowiedź

Szukane wielkości wynoszą:

  • okres \(T=0,96\,\mathrm{s}\),
  • częstotliwość \(f=1,04\,\mathrm{Hz}\),
  • prędkość fali \(\displaystyle{c=1,625\,\mathrm{\frac{m}{s}}}\).