Spring & bandul
- Jisim pada spring
- T = 2π·√(m/k)
- Bandul
- T = 2π·√(L/g)
- Frekuensi sudut
- ω = √(k/m) = 2π/T
- Laju dan pecutan maksimum
- vmax = A·ω, amax = A·ω²
- Tenaga
- E = ½·k·A²
Gelombang dan Optik: pek ulang kaji kilat
Lembaran formula, langkah kaedah utama untuk setiap topik dan 4 soalan latihan, dengan penyelesaian penuh di bahagian belakang.
1Formula dan kaedah
Gelombang, bunyi & optik
- Laju gelombang
- v = fλ, T = 1/f
- Tali
- v = √(T/μ), μ = m/L
- Aras bunyi
- β = 10·log10(I/I0), I0 = 10⁻¹² W/m²
- Sumber titik
- I = P/(4πr²)
- Gelombang pegun
- tali atau paip terbuka fn = n·v/(2L); paip tertutup fn = n·v/(4L), n ganjil
- Kesan Doppler
- f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs)
- Indeks biasan
- n = c/v, λ = λ0/n
- Hukum Snell
- n1sin θ1 = n2sin θ2
- Sudut genting
- sin θc = n2/n1
- Gentian optik
- NA = sin θa = √(n1² − n2²)
- Kanta dan cermin
- 1/f = 1/do + 1/di, m = −di/do, mirror f = R/2
- Celah ganda dua
- d·sin θ = mλ, ym = mλL/d
- Parut
- d = 1/N, d·sin θ = mλ, mmax ≤ d/λ
- Celah tunggal
- a·sin θ = mλ (dark), w = 2λL/a
Kaedah
- Kenal pasti jenis masalah: laju gelombang, aras bunyi, gelombang pegun, Doppler, pembiasan, kanta atau cermin, atau interferens.
- Tulis hubungan dahulu: v = fλ, β = 10·log(I/I₀), fₙ = n·v/(2L) atau n·v/(4L), f′ = f(v ± vo)/(v ∓ vs), n₁sin θ₁ = n₂sin θ₂, 1/f = 1/d₀ + 1/dᵢ, d·sin θ = mλ.
- Tukar unit: nm, mm dan cm kepada m, dan semak sama ada sudut diukur dari normal.
- Semak tanda dan kemunasabahan: imej maya mempunyai dᵢ < 0, sumber yang menghampiri kedengaran lebih tinggi, paip tertutup hanya mempunyai harmonik ganjil.
2Soalan latihan
1.Spring & bandulSederhana
Jisim 2.5 kg pada spring dengan k = 240 N/m ditarik 12 cm dalam arah positif dan dilepaskan dari keadaan pegun pada t = 0. Cari sesarannya x dari keseimbangan pada t = 0.45 s (dengan tanda).
m = 2.5 kgk = 240 N/mA = 12 cmt = 0.45 s
x = cm
2.Spring & bandulSukar
Jisim pada spring dengan k = 80 N/m berayun pada permukaan tanpa geseran dengan amplitud 17 cm. Cari tenaga U yang tersimpan dalam spring apabila jisim berada 10 cm dari keseimbangan.
k = 80 N/mA = 17 cmx = 10 cm
U = J
3.Gelombang, bunyi & optikSederhana
Paip terbuka pada kedua-dua hujung panjangnya 0.6 m. Laju bunyi ialah 343 m/s. Cari frekuensi f5 bagi harmonik nombor 5.
v = 343 m/sn = 5L = 0.6 m
f5 = Hz
4.Gelombang, bunyi & optikSukar
Penderia pegun menghantar ultrabunyi 40 kHz ke arah kereta yang menjauh pada 30 m/s dan mencampurkan gema dengan isyarat yang dipancarkan. Cari frekuensi dentuman fb (laju bunyi 343 m/s).
f = 40 kHzu = 30 m/sv = 343 m/s
fb = Hz
3Larutan
1.Spring & bandul
Jawapan: x = −3.584 cm
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.
Frekuensi sudut
ω = √(240/2.5) = 9.798 rad/s
ω·t = 9.798·0.45 = 4.409 rad
Sesaran
x = A·cos(ω·t) = 12·cos(4.409) = −3.584 cm
Jawapan
x = −3.584 cm
2.Spring & bandul
Jawapan: U = 0.4 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.
Jumlah tenaga
E = ½·k·A² = ½·80·0.17² = 1.156 J
Tenaga spring pada x
U = ½·k·x² = ½·80·0.1² = 0.4 J
Jawapan
U = 0.4 J
3.Gelombang, bunyi & optik
Jawapan: f5 = 1429 Hz
Gelombang pegun dan kesan Doppler: tali yang tetap pada kedua-dua hujung, atau paip yang terbuka pada kedua-dua hujung, memuatkan separuh panjang gelombang yang bulat: L = nλ/2, fn = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … Paip tertutup pada satu hujung mempunyai nod pada hujung tertutup dan antinod pada hujung terbuka: L = nλ/4 dengan n ganjil sahaja, fn = n·v/(4L). Apabila sumber atau pemerhati bergerak sepanjang garis antara keduanya, f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs): gunakan tanda atas untuk gerakan saling menghampiri. Dua gelombang berfrekuensi hampir sama menghasilkan dentuman pada |f₁ − f₂|.
Panjang gelombang mod ini
λ = 2L/n = 2·0.6/5 = 0.24 m
Frekuensi
f = v/λ = 343/0.24 = 1429 Hz
Jawapan
f5 = 1429 Hz
4.Gelombang, bunyi & optik
Jawapan: fb = 6434 Hz
Gelombang pegun dan kesan Doppler: tali yang tetap pada kedua-dua hujung, atau paip yang terbuka pada kedua-dua hujung, memuatkan separuh panjang gelombang yang bulat: L = nλ/2, fn = n·v/(2L), n = 1, 2, 3, … Paip tertutup pada satu hujung mempunyai nod pada hujung tertutup dan antinod pada hujung terbuka: L = nλ/4 dengan n ganjil sahaja, fn = n·v/(4L). Apabila sumber atau pemerhati bergerak sepanjang garis antara keduanya, f′ = f·(v ± vo)/(v ∓ vs): gunakan tanda atas untuk gerakan saling menghampiri. Dua gelombang berfrekuensi hampir sama menghasilkan dentuman pada |f₁ − f₂|.
Frekuensi pada kereta
f′ = 40000·(343 − 30)/343 = 36501 Hz
Frekuensi gema
f″ = f′·343/(343 + 30) = 33566 Hz
Frekuensi dentuman
fb = |f″ − f| = 6434 Hz
Jawapan
fb = 6434 Hz
ExamProblems · examproblems.com/courses/waves-and-optics