Spyruoklės ir švytuoklės
- Svarelis ant spyruoklės
- T = 2π·√(m/k)
- Švytuoklė
- T = 2π·√(L/g)
- Kampinis dažnis
- ω = √(k/m) = 2π/T
- Didžiausi greitis ir pagreitis
- vmax = A·ω, amax = A·ω²
- Energija
- E = ½·k·A²
Bangos ir optika: pasiruošimo paketas
Formulių lapai, pagrindiniai kiekvienos temos metodų žingsniai ir 4 uždavinių, o pilni sprendimai pateikti gale.
1Formulės ir metodai
Bangos, garsas ir optika
- Bangos greitis
- v = fλ, T = 1/f
- Styga
- v = √(T/μ), μ = m/L
- Garso lygis
- β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
- Taškinis šaltinis
- I = P/(4πr²)
- Stovinčiosios bangos
- styga arba atviras vamzdis fn = n·v/(2L); uždaras vamzdis fn = n·v/(4L), n nelyginis
- Doplerio efektas
- f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
- Lūžio rodiklis
- n = c/v, λ = λ0/n
- Snelio dėsnis
- n1sin θ1 = n2sin θ2
- Ribinis kampas
- sin θc = n2/n1
- Šviesolaidis
- NA = sin θa = √(n1² − n2²)
- Lęšiai ir veidrodžiai
- 1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
- Dvigubas plyšys
- d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
- Gardelė
- d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
- Vienas plyšys
- a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a
Metodas
- Nustatykite uždavinio tipą: bangos greitis, garso lygis, stovinčioji banga, Doplerio efektas, lūžis, lęšis ar veidrodis, ar interferencija.
- Pirmiausia užrašykite sąryšį: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) arba n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
- Konvertuokite vienetus: nm, mm ir cm į m, ir patikrinkite, ar kampai matuojami nuo normalės.
- Patikrinkite ženklus ir tikėtinumą: menamas vaizdas turi dᵢ < 0, artėjantis šaltinis skamba aukščiau, uždaras vamzdis turi tik nelygines harmonikas.
2Uždaviniai
1.Spyruoklės ir švytuoklėsVidutinis
Astronautas kitoje planetoje nustato, kad 1,8 m ilgio matematinės švytuoklės mažų svyravimų periodas yra 2,83 s. Raskite laisvojo kritimo pagreitį g toje planetoje.
L = 1,8 mT = 2,83 s
g = m/s²
2.Spyruoklės ir švytuoklėsSunkus
Krovinys ant spyruoklės, kurios k = 240 N/m, svyruoja ant paviršiaus be trinties 11 cm amplitude. Raskite spyruoklėje sukauptą energiją U, kai krovinys yra 8 cm atstumu nuo pusiausvyros padėties.
k = 240 N/mA = 11 cmx = 8 cm
U = J
3.Bangos, garsas ir optikaVidutinis
Viename gale uždarytas vamzdis yra 0,6 m ilgio. Garso greitis yra 343 m/s. Raskite jo 7-osios harmonikos dažnį f7.
v = 343 m/sn = 7L = 0,6 m
f7 = Hz
4.Bangos, garsas ir optikaSunkus
Daiktas yra 5 cm atstumu prieš veidrodį (iškilas), kurio kreivumo spindulys 50 cm. Raskite vaizdo atstumą di, teigiamą vaizdui prieš veidrodį (tikrasis) ir neigiamą vaizdui už jo (menamasis).
do = 5 cmR = 50 cm
di = cm
3Tirpalai
1.Spyruoklės ir švytuoklės
Atsakymas: g = 8,873 m/s²
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Išreiškite g
g = 4π²·L/T² = 4π²·1,8/2,83² = 8,873 m/s²
Atsakymas
g = 8,873 m/s²
2.Spyruoklės ir švytuoklės
Atsakymas: U = 0,768 J
Simple harmonic motion: a mass m on a spring of stiffness k oscillates with angular frequency ω = √(k/m) and period T = 2π/ω = 2π·√(m/k). A simple pendulum of length L has T = 2π·√(L/g). With amplitude A, the largest speed is A·ω, the largest acceleration A·ω² and the energy ½·k·A².
Visa energija
E = ½·k·A² = ½·240·0,11² = 1,452 J
Spyruoklės energija taške x
U = ½·k·x² = ½·240·0,08² = 0,768 J
Atsakymas
U = 0,768 J
3.Bangos, garsas ir optika
Atsakymas: f7 = 1000 Hz
Stovinčiosios bangos ir Doplerio efektas: abiejuose galuose pritvirtintoje stygoje arba abiejuose galuose atvirame vamzdyje telpa sveikas skaičius pusbangių: L = nλ/2, fn = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … Viename gale uždarytame vamzdyje uždarame gale yra mazgas, o atvirame – pūpsnis: L = nλ/4, tik nelyginiams n, fn = n·v/(4L). Kai šaltinis ar stebėtojas juda išilgai tarp jų einančios linijos, f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs): judėjimui vienas kito link naudokite viršutinius ženklus. Dvi beveik vienodo dažnio bangos duoda mūšos dažnį |f₁ − f₂|.
Šios modos bangos ilgis
λ = 4L/n = 4·0,6/7 = 0,3429 m
Dažnis
f = v/λ = 343/0,3429 = 1000 Hz
Atsakymas
f7 = 1000 Hz
4.Bangos, garsas ir optika
Atsakymas: di = −4,167 cm
Geometrinė optika: ties riba n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂ (Snelio dėsnis), kampai matuojami nuo normalės, o n = c/v. Patekęs į lėtesnę terpę spindulys lūžta normalės link. Iš tankesnės terpės (n₁ > n₂) už ribinio kampo θc = arcsin(n₂/n₁) visa šviesa atsispindi: visiškasis vidaus atspindys. Plonieji lęšiai ir sferiniai veidrodžiai paklūsta lygčiai 1/f = 1/do + 1/di su didinimu m = −di/do. Ženklų susitarimas: f > 0 glaudžiamajam lęšiui ir įgaubtam veidrodžiui (f = R/2), f < 0 sklaidomajam lęšiui ir iškiliam veidrodžiui; di > 0 tikrajam vaizdui, di < 0 menamajam, o m < 0 apverstam vaizdui.
Židinio nuotolis
f = −R/2 = −25 cm
Veidrodžio lygtis
1/di = 1/f − 1/do = 1/(−25) − 1/5
di = −4,167 cm
Spindulių diagrama
menamas vaizdas už veidrodžio
Atsakymas
di = −4,167 cm
ExamProblems · examproblems.com/courses/waves-and-optics