Задание 4, страница 73 - гдз по физике 11 класс учебник Закирова, Аширов

Задание 4

1. Повторите эксперимент по наблюдению стоячей волны. Определите длину волны и скорость ее распространения.

2. Укажите основные различия бегущей и стоячей волн.

1. Повторите эксперимент по наблюдению стоячей волны. Определите длину волны и скорость ее распространения.

Для выполнения этого задания необходимо провести эксперимент. Поскольку мы не можем провести его физически, опишем его гипотетически и произведем расчеты на основе модельных данных.

Описание эксперимента: На упругом шнуре, закрепленном с двух сторон, создается стоячая волна. Один конец шнура присоединен к генератору колебаний с известной частотой, а другой конец неподвижно закреплен. Длина колеблющейся части шнура измеряется линейкой. Изменяя частоту генератора или натяжение шнура, можно добиться образования устойчивой картины стоячей волны с различным числом пучностей (сегментов).

Дано:

Длина колеблющейся части шнура, $L = 1.2$ м

Частота колебаний, создаваемых генератором, $f = 50$ Гц

Число наблюдаемых пучностей (половин длин волн) в стоячей волне, $n = 4$

Найти:

Длину волны, $\lambda$

Скорость распространения волны, $\text{v}$

Решение:

Стоячая волна образуется в результате интерференции двух бегущих волн, распространяющихся навстречу друг другу. Условие образования стоячей волны на отрезке длиной $\text{L}$, закрепленном с двух сторон, заключается в том, что на этой длине должно укладываться целое число полуволн:

$L = n \frac{\lambda}{2}$

где $\text{n}$ — целое число, равное количеству пучностей.

Из этой формулы выразим длину волны $\lambda$:

$\lambda = \frac{2L}{n}$

Подставим наши данные:

$\lambda = \frac{2 \cdot 1.2 \text{ м}}{4} = \frac{2.4 \text{ м}}{4} = 0.6 \text{ м}$

Скорость распространения волны $\text{v}$ связана с длиной волны $\lambda$ и частотой $\text{f}$ соотношением:

$v = \lambda \cdot f$

Вычислим скорость:

$v = 0.6 \text{ м} \cdot 50 \text{ Гц} = 30 \text{ м/с}$

Ответ: Длина волны составляет $\lambda = 0.6$ м, скорость ее распространения $v = 30$ м/с.

2. Укажите основные различия бегущей и стоячей волн.

Бегущие и стоячие волны являются двумя фундаментальными типами волновых процессов, но они имеют существенные различия, которые можно сгруппировать по следующим признакам:

Амплитуда колебаний: В бегущей волне (в идеальной среде без затухания) все частицы колеблются с одинаковой амплитудой. В стоячей волне, напротив, амплитуда колебаний различна для разных точек: она максимальна в пучностях и равна нулю в узлах.

Фаза колебаний: В бегущей волне фаза колебаний непрерывно изменяется от точки к точке вдоль направления распространения. В стоячей волне все точки, расположенные между двумя соседними узлами, колеблются в одной фазе, а при переходе через узел фаза скачкообразно меняется на противоположную ($\pi$).

Перенос энергии: Бегущая волна переносит энергию и импульс в пространстве. Стоячая волна не переносит энергию; происходит лишь обмен энергией между кинетической и потенциальной формами в пределах каждого участка между узлами.

Форма волны: Профиль бегущей волны (ее "форма") перемещается в пространстве с определенной скоростью. Профиль стоячей волны не перемещается; узлы и пучности остаются на своих местах, а сама волна "пульсирует".

Ответ: Основные различия между бегущей и стоячей волной заключаются в характере амплитуды (постоянная у бегущей против переменной у стоячей), фазы (непрерывное изменение против участков с одинаковой фазой), способности переносить энергию (переносит против не переносит) и движении волнового профиля (движется против стационарного).