Podstawy Fizyki 3 (Fale) – egzamin połówkowy na próbę, 2016

Numer indeksu: . . . . . . . . . . . . . . . Imię i nazwisko: . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .
Podstawy Fizyki 3 (Fale) – egzamin połówkowy na próbę, 2016-11-24
1
Wynik procentowy bez zaglądania do zeszytu:
Wynik procentowy po konsultacji z notatkami w zeszycie:
prędkość światła c = 3 · 108 m/s, prędkość dźwięku w powietrzu = 340 m/s
1. (University Physics – zadanie) Stroiciel fortepianu napiął strunę z siłą 800 N. Struna ma
długość 0.400 m i masę 3.00 g. (a) Jaka jest podstawowa częstość drgań struny? (b) Jaki jest
numer najwyższej harmonicznej, która może zostać usłyszana przez osobę zdolną do słyszenia
dźwięków o częstotliwości do 10 000 Hz?
Odpowiedź:
(a)
(b)
Rozwiązanie:
2. (University Physics – zadanie) Elektromagnetyczna płaska fala stojąca w powietrzu ma
~
częstotliwość 75.0 MHz. (a) Jaka jest odległość pomiędzy płaszczyznami węzłowymi pola E?
~
~
(b) Jaka jest odległość między płaszczyzną węzłową E i najbliższą płaszczyzną węzłową B?
Odpowiedź:
(a)
Rozwiązanie:
(b)
Podstawy Fizyki 3 (Fale) – egzamin połówkowy na próbę, 2016-11-24
2
3. (University Physics – problem) Mrówka o masie m stoi na poziomym naprężonym sznurze.
Liniowa gęstość masy sznura wynosi µ, a siła napinająca wynosi F . Na sznurze wzbudzono poprzeczną sinusoidalną falę biegnącą o długości fali λ. Sznur porusza się w pionowej płaszczyźnie.
Jaka jest najmniejsza amplituda fali, taka że mrówka odczuwa chwilową nieważkość? Załóż, że
masa mrówki jest na tyle mała, że nie ma znaczenia dla rozchodzenia się fali.
Odpowiedź:
Rozwiązanie:
4. (University Physics – zadanie) (M) Oblicz długość fali dla stacji radiowej nadającej na
częstotliwości 540 kHz.
Odpowiedź:
Rozwiązanie:
Podstawy Fizyki 3 (Fale) – egzamin połówkowy na próbę, 2016-11-24
3
5. (University Physics – zadanie) Wektor pola elektrycznego fali elektromagnetycznej ma
~
postać E(y,
t) = (−ẑ) · (3.10 · 105 V/m) · sin[(2.65 · 1012 rad/s)t − (8840 rad/m)y]. (a) Oblicz
~
częstotliwość fali f w hercach. (b) Napisz równanie wektorowe dla pola B(y,
t).
Odpowiedź:
(a)
(b)
Rozwiązanie:
6. (M) (a) Co to jest promieniowanie nadfioletowe? (b) Jeżeli chcę pokazać uczniom w szkole
zjawisko fotoelektryczne, muszę zabrać ze sobą lampę nadfioletową. Dlaczego zwykła lampa nie
działa?
7. W tekturowej rolce po ręczniku papierowym można wzbudzić drgania słupa powietrza. Załóżmy, że udało się wzbudzić drgania podstawowe (mod podstawowy). Inna jest amplituda drgań
w środku rolki, inna przy brzegach, a jeszcze inna w pozostałych punktach. Naszkicuj zależność
amplitudy drgań od położenia mierzonego wzdłuż osi rolki dla (a) amplitudy przemieszczeń
warstw powietrza, (b) amplitudy zmian ciśnienia.
Podstawy Fizyki 3 (Fale) – egzamin połówkowy na próbę, 2016-11-24
4
8. (a) Na podstawie definicji gęstości energii wyznacz jednostkę gęstości energii pola elektromagnetycznego. (b) Gęstość energii pola elektromagnetycznego wyraża się wzorem u =
0 ~ 2
1 ~ 2
2 |E| + 2µ0 |B| . Dla biegnącej fali płaskiej to wyrażenie można uprościć. Wykonaj przekształcenia i wyraź u jedynie poprzez maksymalne natężenie pola elektrycznego i przenikalność elektryczną próżni.
Odpowiedź:
(a)
(b)
Rozwiązanie:
9. Górny koniec liny o długości 80 m i masie 2 kg jest zamocowany. Na dolnym końcu zawieszono
skrzynię o masie 20 kg. Oszacuj szybkość fali poprzecznej na linie.
Odpowiedź:
Rozwiązanie:
10. (a) Pofalowana powierzchnia wody dąży do stanu równowagi, który jest stanem o najmniejszej energii. Napisz, o jaką energię tutaj chodzi (dwa rodzaje). (b) Wyjaśnij wszystkie symbole
występujące w związku dyspersyjnym dla wody: ω 2 = k 2 (g/k + σk/%) tgh(kh).