حل أسئلة التقويم للفصل السابع (الاهتزازات والموجات )
ما الحركة الدورية؟ أعط ثلاثة أمثلة عليها.
الحل:
الحركة الدورية حركة تعيد نفسها بشكل دوري منتظم . ومن الأمثلة عليها : اهتزاز نابض معلق في نهايته كتلة وتأرجح بندول بسيط والحركة الدائرية المنتظمة .
26. ما الفرق بين الزمن الدوري والتردد؟ وكيف يرتبطان؟
الحل:
التردد هو عدد الدورات أو التكرارات في الثانية ، والزمن الدوري هو الزمن الذي يتطلبه إكمال دورة واحدة . والتردد يساوي مقلوب الزمن الدوري .
27. إذا حقق نابض هوك؛ فكيف يكون سلوكه
الحل:
ينضغط النابض أو يستطيل مسافة تتناسب طرديا مع القوة المؤثرة فيه .
28. كيف يمكن أن نستخلص من رسم بياني للقوة والإزاحة لنابض ما قيمة ثابت النابض ؟
الحل:
ثابت النابض يساوي ميل المنحنى البياني لتغير F مع x .
29. كيف يمكن أن نستخلص من رسم بياني للقوة والإزاحة طاقة الوضع في نابض ما ؟
الحل:
طاقة الوضع تساوي المساحة تحت المنحنى البياني لتغير F مع x .
30. هل يعتمد الزمن الدوري لبندول على كتلة ثقله؟ وهل يعتمد على طول خيطه؟ وعلام يعتمد الزمن الدوري للبندول أيضا؟
الحل:
لا . نعم . يعتمد على تسارع الجاذبية الأرضية .
31. ما الطرائق العامة لانتقال الطاقة؟ أعط مثالين على كل منها.
الحل:
طريقتان . تنقل الطاقة بانتقال الجسيمات والموجات . هناك أكثر من مثال على كل منهما : البيسبول والرصاصة لانتقال الجسيمات ، وموجات الصوت والضوء لانتقال الموجات .
32.ما الفرق الرئيس بين الموجات الميكانيكية والموجات الكهرومغناطيسية؟
الحل:
الاختلاف الرئيس هو أن الموجات الميكانيكية تحتاج إلى وسط ناقل لتنتقل خلاله ، أما الموجات الكهرومغناطيسية فلا تحتاج إلى وسط ناقل .
33. ما الفروق بين الموجة المستعرضة، والموجة الطولية والموجة السطحية؟
الحل:
تسبب الموجات المستعرضة اهتزاز جسيمات الوسط الناقل في اتجاه عمودي على اتجاه انتشار الموجة . أما الموجات الطويلة فتسبب اهتزاز جسيمات الوسط في اتجاه مواز لاتجاه انتشار الموجة . أما الموجات السطحية فلها صفات الموجتين الطويلة والمستعرضة .
34. ما الفرق بين النبضة الموجية والموجة الدورية؟
الحل:
النبضة الموجية عبارة عن اضطراب مفرد في الوسط ، أما الموجة الدورية فتتكون من عدة اضطرابات متجاورة .
35. انتقلت موجات خلال نابض طوله ثابت. اجب عن السؤالين التاليين:
a. هل تتغير سرعة الموجات في النابض؟ وضح ذلك.
b. هل يتغير تردد الموجة في النابض؟ وضح ذلك.
الحل:
a. لا تتغير سرعة الموجات ، لأنها تعتمد فقط على الوسط للناقل .
b. يمكن تغيير التردد عن طريق تغيير تردد مولد الموجات .
36.افترض أنك ولدت نبضة خلال حبل، فكيف تقارن موضع نقطة على الحبل قبل وصول النبضة مقارنة بموضع النقطة بعد مرور النبضة؟
الحل:
بمجرد مرور النبضة فإن هذه النقطة تعود تماما كما كانت قبل وصول النبضة .
37. افترض أنك ولدت موجة مستعرضة بهز أحد طرفي نابض جانبيا، فكيف يكون تردد يدك مقارنة بتردد الموجة؟
الحل:
يكونان متساويين .
38. متى تكون النقاط في موجة في نفس الطور؟ ومتى تكون في حالة اختلاف في الطور؟ أعط مثالا على كل حالة.
الحل:
تكون النقاط في الطور نفسه إذا كان لها نفس الإزاحة والسرعة المتجهة . وخلاف ذلك تكون النقاط في حالة اختلاف في الطور . فمثلا تكون قمتان في الموجة في الطور نفسه أحدهما بالنسبة إلى الأخرى . أما القمة والقاع فلا يكونان في الطور نفسه أحداهما بالنسبة إلى الآخر .
39. صف العلاقة بين سعة موجة والطاقة التي تحملها.
الحل:
تتناسب الطاقة التي تحملها الموجة طرديا مع مربع سعتها .
40.عندما تمر موجة خلال حد فاصل بين حبل رفيع وآخر سميك كما في الشكل 7-18 ستتغير سرعتها وطولها الموجي، ولن يتغير ترددها. فسر لماذا يبقى التردد ثابتا.
الحل:
يعتمد التردد فقط على معدل اهتزاز الحبل الرفيع ، والذي بدوره يؤدي إلى اهتزاز الحبل السميك بالتردد نفسه .
41. ثبتت شريحة فلزية رقيقة من مركزها، ونثر عليها سكر. فإذا نقر على قوس بالقرب منها فإن أحد طرفيها يبدأ في الاهتزاز، ويبدأ السكر في التجمع في مساحات محددة، ويتحرك مبتعدا عن مساحات أخرى. صف هذه المناطق بدلالة الموجات الموقوفة.
الحل:
المساحات الخالية هي مناطق البطون ، حيث يكون فيها أكبر اهتزاز . أما المساحات التي يتجمع فيها السكر فهي مناطق العقد والتي لا يكون عندها اهتزاز .
42. إذا اهتز حبل مشكلا أربعة أجزاء أو أقسام فإنك تستطيع أن تلمس عددا من النقاط عليه دون أن تحدث اضطرابا في حركته. بين عدد هذه النقاط.
الحل:
تتكون موجة موقوفة ، ويتكون خمس نقاط .
43. مرت مقدمات موجات بزاوية من وسط إلى آخر، وتحركت فيه بسرعة مختلفة. صف تغيرين في مقدمات الموجات، وما الذي لم يتغير؟
الحل:
يتغير كل من الطول الموجي واتجاه مقدمات الموجة . أما التردد فلا يتغير .
تطبيق المفاهيم
44. تهتز كرة أعلى وإلى أسفل عند طرف نابض مثبت رأسيا. صف تغيرات الطاقة التي تحدث خلال دورة كاملة. وهل تغيرت الطاقة الميكانيكية الكلية؟
الحل:
تكون طاقة الوضع المرونية عند أسفل الحركة عند قيمتها العظمى ، وطاقة وضع الجاذبية عند قيمتها الصغرى ، والطاقة الحركية صفرا . أما عند وضع الاتزان فتكون الطاقة الحركية (KE) عند قيمتها العظمى ، وطاقة الوضع المرونية صفرا . و عند أعلى نقطة في مسار الحركة – لحظة الارتداد إلى أسفل – تكون الطاقة الحركية (KE) صفرا ، وطاقة الوضع الجاذبية عند قيمتها العظمى ، وطاقة الوضع المرونية عند قيمتها العظمى . وتكون الطاقة الميكانيكية الكلية محفوظة .
45. هل يمكن استخدام ساعة بندول في محطة فضائية دولية تتحرك في مدارها؟ وضح ذلك.
الحل:
لا ، تكون المحطة الفضائية في حالة سقوط حر ، ولذلك تكون القيمة الظاهرية لثابت الجاذبية g صفرا ، ولا يتأرجح البندول .
46. افترض أنك أمسكت قضيبا فلزيا طوله 1m، وضربت أحد طرفيه بمطرقة، في اتجاه مواز لطوله ثانيا. صف الموجات المتولدة في الحالتين.
الحل:
تتولد في الحالة الأولى موجات طولية ، أما في الحالة الثانية فتتولد موجات مستعرضة .
47. افترض أنك غمست إصبعك بشكل متكرر في حوض مملوء بالماء لتوليد موجات دائرية، فماذا يحدث لطول الموجة إذا حركت إصبعك بسرعة؟
الحل:
يزداد تردد الموجات ، وتبقى السرعة نفسها ، ويقل الطول الموجي .
48. افترض أنك أحدثت نبضة واحدة في نابض مشدود، فما الطاقة التي يتطلبها إحداث نبضة لها ضعف السعة؟
الحل:
تقريبا أربعة أضعاف الطاقة .
49. تكون النبضة اليسرى في كل واحدة من الموجات الموضحة في الشكل 7-19 أدناه هي النبضة الأصلية، وتتحرك إلى اليمين، وتكون النبضة التي في المركز هي النبضة المنعكسة، بينما تكون النبضة اليمنى هي النبضة النافذة. صف صلابة الحد الفاصل عند النقاط A, B,C,D .
الحل:
يكون الحد الفاصل A أكثر صلابة ، أما الحد الفاصل B فيكون أقل صلابة ، ويكون الحد الفاصل C أقل صلابة ، ويكون الحد الفاصل D أكثر صلابة .
