1. Механика — Лабораторная экспериментальная площадка для школьников
В данной работе Вы изучите упругое растяжение нескольких пружин под действием силы тяжести. Проведёте серию экспериментов для нахождения коэффициента жёсткости этих пружин. В ходе эксперимента увидите влияние массы пружины на растяжение и как его можно учесть при проведении эксперимента. Дополнительным заданием будет определение коэффициента жёсткости системы пружин при параллельном и последовательном соединении.
Теоретический минимум: закон Гука, сила, сила упругости, сила тяжести, ускорение свободного падения, масса, коэффициент жёсткости, деформация, упругая деформация, неупругая деформация.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 8, 9 классов.
Подробнее…
Данная работа посвящена экспериментальной проверке законов Ньютона — важнейших законов классической механики. В данной работе вы проведете серию экспериментов по исследованию прямолинейного равномерного и равноускоренного движения тел на воздушном треке.
Теоретический минимум: система отсчёта, траектории, путь, равномерное прямолинейное движение, скорость, мгновенная скорость, средняя скорость, ускорение, прямолинейное равноускоренное движение, ускорение свободного падения, сила, сила тяжести, сила трения, первый закон Ньютона, инерциальная система отсчёта, неинерциальная система отсчёта, второй закон Ньютона, масса, принцип суперпозиции сил, равнодействующая сила.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 9, 10 классов.
Подробнее…
Данная работа посвящена экспериментальной проверке законов сохранения импульса и энергии — фундаментальных законов физики. В данной работе рассматривается частный случай этих законов, описывающий движение тел и их взаимодействие в рамках классической механики. В данной работе вы проведете серию экспериментов по исследованию прямолинейного движения тел на воздушном треке при наличии и отсутствии внешних воздействий, а также исследуете процессы столкновения нескольких тел. Вы узнаете, как описать движение тел и их взаимодействие, использовав такие теоретические понятия как импульс и энергия. На основе полученных экспериментальных данных вы сделаете выводы о применимости законов сохранения импульса и полной механической энергии тел при их движении и взаимодействии.
Теоретический минимум: система отсчёта, траектории, путь, равномерное прямолинейное движение, скорость, мгновенная скорость, средняя скорость, ускорение, прямолинейное равноускоренное движение, ускорение свободного падения, сила, сила тяжести, сила трения, первый закон Ньютона, инерциальная система отсчёта, неинерциальная система отсчёта, второй закон Ньютона, масса, принцип суперпозиции сил, равнодействующая сила, импульс, закон сохранения импульса, кинетическая энергия, закон сохранения кинетической энергии, упругое столкновение, неупругое столкновение.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 9, 10 классов.
Подробнее…
Теоретический минимум: .
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся ___ классов.
В данной работе Вы определите плотность различных тел правильной и неправильной формы. В работе используется метод определения объёма, основанный на гидростатическом взвешивании.
Теоретический минимум: .
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 7, 8 классов.
Подробнее…
В данной работе Вы познакомитесь с понятием крутильные колебания, исследуете колебания крутильного маятника; измерив период крутильных колебаний, Вы научитесь определять моменты инерции некоторых симметричных тел.
Теоретический минимум: равномерное и неравномерное движение по окружности, центростремительное ускорение, угловая скорость, линейная скорость вращения, центробежная сила, момент инерции, крутильные колебания, период колебаний, частота.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 10 классов.
Подробнее…
В лабораторной работе на примере маятника Максвелла Вы рассмотрите законы поступательного и вращательного движения. На основе законов динамики и законов сохранения механической энергии Вы сможете установить зависимость момента инерции маятника Максвелла, ускорений его поступательного и вращательного движений, определить зависимость энергии диссипации от числа колебаний маятника.
Теоретический минимум: поступательное движение, вращательное движение, инерция, момент инерции, поступательная скорость, угловая скорость, ускорение, центростремительное ускорение, колебания, потенциальная энергия, кинетическая энергия, закон сохранения механической энергии.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 11 классов.
Подробнее…
Данная работа познакомит Вас с понятием центробежной силы. Вам будет предложено измерить центробежную силу, действующую на вращающееся тело, и выяснить, как зависит эта сила от массы тела, расстояния до оси вращения и частоты вращения.
Теоретический минимум: вращательное движение, угловая скорость, частота вращения, период вращения, угловое ускорение, касательное (линейное) ускорение, момент силы, момент инерции, момент импульса.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 10 классов.
Подробнее…
В данной работе Вы изучите гармонические колебания на примере пружинного маятника. Измерив периоды собственных колебаний пружинного маятника, найдёте коэффициенты жёсткости нескольких пружин, проверите зависимость периода и частоты колебаний от массы груза и коэффициента жёсткости пружины. В дополнительном задании Вы проверите формулы для жёсткости систем пружин при последовательном и параллельном соединении.
Теоретический минимум: закон Гука, деформация, упругая деформация, коэффициент упругости (жёсткости), сила упругости, сила тяжести, второй закон Ньютона, ускорение, свободные колебания, гармонические колебания, частота колебаний, циклическая (круговая) частота колебаний, собственная частота, период колебаний.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 11 классов.
Подробнее…
Выбрав данную лабораторную работу в качестве исследования, у Вас будет возможность изучить свободные затухающие колебания, определить амплитудно-частотные характеристики вынужденных механических колебаний, а также быть свидетелем такого явления, как резонанс на примере крутильного маятника Поля.
Теоретический минимум: колебания, механические колебания, внутренние силы, внешние силы, свободные колебания, гармонические колебания, амплитуда, период, частота, циклическая (круговая) частота, собственная частота, фаза, затухающие колебания, вынужденные колебания, резонанс, маятник Поля.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 11 классов.
Подробнее…
В данной работе Вам предстоит изучить колебания с нормальными модами и проверить, можно ли при их помощи описать биения. Научитесь регулировать степень связи маятников. Также Вы познакомитесь с физическими понятиями такие, как частота модуляции, средняя частота и установите связь этих частот с нормальными модами.
Теоретический минимум: математический маятник, сила тяжести, сила упругости, скорость, ускорение, центростремительное ускорение, кинетическая энергия, потенциальная энергия, второй закон Ньютона, колебания, свободные колебания, период, частота, циклическая (круговая) частота, собственная частота, амплитуда, фаза, затухающие колебания, вынужденные колебания.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 11 классов.
Подробнее…
При всем многообразии волн их поведение во многом одинаково. В однородной среде волны распространяются по прямым линиям с постоянной скоростью, изменяя направление и скорость в тех местах, где изменяются физические свойства среды. Изучение волн одного типа позволяет исследователю узнать, что можно ожидать от других типов волн.
Теоретический минимум: волна, продольная волна, поперечная волна, колебания, амплитуда, частота, фаза, интерференция, условие максимумов, условие минимумов, интерференционная картина, когерентные волны, бегущая волна, стоячая волна, собственная (резонансная) частота, дифракция, поляризация, плоскополяризованная волна
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 11 классов.
Подробнее…
Данная лабораторная работа посвящена измерению скорости звука в газах при помощи трубки Кундта. При определенной частоте и амплитуде напряжения, подаваемого на динамик, в трубе возникает звучание, громкость которого зависит от положения поршня. При медленном перемещении поршня от динамика Вы заметите, что громкость периодически возрастает и падает. У Вас будет возможность «увидеть» стоячую акустическую волну.
Теоретический минимум: скорость звука, волна, длина волны, частота, колебания, период, скорость, продольная волна, поперечная волна, стоячие волны, амплитуда, пучность, узел.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 9 классов.
Подробнее…
Работа посвящена изучению эффекта Доплера для ультразвуковых волн. Вам будет предложено измерить сдвиг частоты за счет эффекта Доплера при разных скоростях и направлениях движения излучателя и приемника ультразвука, а также сравнить теоретические и экспериментальные значения изменения частоты распространения звуковых колебаний в воздухе.
Теоретический минимум: звук, ультразвуковая волна, длина волны, период, частота, фаза, скорость, звуковые колебания, эффект Доплера.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 9 классов.
Подробнее. ..
В данной работе Вы познакомитесь с понятием дифракция и сможете пронаблюдать это явления на примере ультразвуковых волн. Методика эксперимента заключается в том, что плоская ультразвуковая волна подвергается дифракции на одинарных щелях различной ширины и на различных двойных щелях. Интенсивность дифрагированных и интерферирующих сопряжённых волн автоматически записывается как функция угла дифракции приводным детектором ультразвука и ПК.
Теоретический минимум: ультразвуковая волна, длина волны, частота, фаза, дифракция, интерференция, продольные волны, принцип Гюйгенса, дифракция Фраунгофера, дифракция Френеля.
Лабораторная работа рекомендуется для учащихся 9 классов.
Подробнее…
Какой цвет подходит именно вам?
- Домашняя страница
- Обзор
- Общественное питание
- Какой цвет подходит вам?
Цвета влияют на наше настроение и поведение. И хотя впечатление гостей от ресторана складывается из большого количества деталей, цвет при этом очень важен. Чтобы вдохновить вас и предоставить интересные данные, мы определили реакцию посетителей на разные цвета, используя технологию мозговых волн.
Эксперимент с цветом в ресторане
16 гостей ресторана с закрепленными на них электроэнцефалографами размещались в 8 разных интерьерах, оформленных в 8 разных цветах. Каждая зона была стилизована под ресторан, где всё — от стен до пола, а также мебель и посуда — было в выполнено в одном цвете.
В интерьере каждого цвета участникам эксперимента предлагали идентичные напиток и миниатюрное пирожное-макарони, которые отличались только цветом — он совпадал с цветом помещения. В каждой обстановке у участников измерялась активность головного мозга и частота сердечных сокращений; им также надо было заполнить опросник, в котором требовалось записать их реакцию. Все данные эксперимента были проанализированы, и по результатам был создан профиль для каждого цвета.
Медитативный зеленый
Результаты замера мозговых волн показывают лечебные свойства зеленого цвета: он способствует глубокому восстановлению и укреплению иммунной системы. В этом помещении частота сердечных сокращений у участников тоже была ниже средней. Зеленый цвет описывался участниками эксперимента как расслабляющий, спокойный и гостеприимный. Участники посчитали такое помещение идеальным местом для неторопливого обеда или чашечки кофе с хорошими знакомыми. В такой обстановке можно восстановить силы и насладиться покоем; зеленый цвет в меньшей степени подходит для активных мероприятий или романтического вечера.
Солнечный оранжевый
В целом, оранжевый воспринимался как современный и позитивный цвет, ассоциирующийся, как правило, со счастливым времяпрепровождением с детьми и друзьями. С другой стороны, оранжевый также воспринимался как не очень романтичный, напряженный и немного простоватый. Результаты замера мозговых волн и частоты сердечных сокращений показали, что оранжевый можно считать более нейтральным цветом по сравнению с такими сильными цветами, как, например, желтый. Оранжевый также вызвал средние показания гамма-волн, связанных с обучением и обработкой информации.
Изысканный черный
Черный — сложный цвет. Он воспринимался как роскошный, современный и утонченный, но при этом слегка негостеприимный и скучный. Участники эксперимента почти единодушно сочли, что он идеально подходит для изысканного ужина или вечернего фуршета, куда приглашены взрослые без детей. Результаты замера мозговых волн показали высокий уровень созидательности и умственного возбуждения на фоне снижения концентрации внимания, что делает этот цвет менее предпочтительным для деловых мероприятий.
Восхитительный желтый
Желтый — цвет радости и веселья; он подходит для помещений, где необходимо зарядить посетителей энергией. Результаты замера мозговых волн показали довольно выраженное состояние возбуждения и концентрацию внимания, а в самых крайних случаях — на довольно высокий уровень стресса. В желтом интерьере значения средней и максимальной частоты сердечных сокращений были высокими. Цвет воспринимался как идеальное решение для завтрака — он поможет поднять настроение и зарядиться энергией с утра. Желтый также оказался самым популярным цветом для заведений, куда приходят семьи с детьми.
Романтический красный
Красный выделяется и вызывает сильные эмоции, не сливаясь с интерьером. Красный привел к высоким показаниям в диапазоне дельта- и тета-волн, что означает сильную эмоциональную связь и высокий уровень созидательности. Значения частоты сердечных сокращений также были высокими, указывая на возбуждающую обстановку. Известно, что красный обычно ассоциируется с романтикой и вечерними мероприятиями. Но этот цвет также может заряжать весельем и вызывать сильные эмоции.
Белый
В голубом интерьере показатели дельта-волн были высокими, что означает крайне расслабленное состояние. Высокие значения тета-волн также свидетельствуют о высоком уровне созидательности и эмоциональной связи. Эти показатели соотносятся с тем, что голубой описывался как приветливый, спокойный и расслабляющий цвет. Участники посчитали, что голубой хорошо подходит для домашней обстановки, в которой было бы комфортно позавтракать или выпить чашечку кофе, но никак не подходит для роскошного ресторана или места проведения деловых встреч.
Традиционный коричневый
Коричневый интерьер показал низкие результаты в большинстве диапазонов мозговых волн, что указывает на нейтральность этого цвета. Диапазон дельта-волн и результаты замера частоты сердечных сокращений свидетельствуют о том, что коричневый цвет приглашает отдохнуть и расслабиться. Коричневый воспринимается как традиционный, нейтральный и умиротворяющий цвет. Коричневый цвет, возможно, не лучший выбор для создания ярких эмоций, но он воспринимается как хорошее решение для оформления традиционных заведений и отлично сочетается с другими цветами.
Роскошный белый
Белый выделялся на фоне остальных цветов, поскольку вызвал низкие показания для всех волновых диапазонов. Такие показания характеризуют белый цвет как нейтральный — это своего рода чистый холст, на котором можно создать для гостей любую атмосферу. Белый также воспринимался как оптимальное решение для мест проведения деловых мероприятий. Этот цвет считается роскошным и современным, но практически не ассоциируется с интересным и веселым времяпровождением. Это цвет подходит для создания нейтральной обстановки, которая не отвлекает от поставленных задач.
Пирожные-макарони восьми разных цветов с идентичным вкусом: подавались в интерьерах всех цветов, задействованных в эксперименте
«Первая теория цвета была создана Гёте в 1810 году. Это не просто амбициозное желание поставить под сомнение существующую теорию, а стремление дополнительно раскрыть силу цвета в обстановке ресторана», —
говорит Катрин д’Юбер, менеджер по ассортименту декора стола в Европе, Essity Tork.
Найдите свой цвет!
На основании результатов эксперимента было составлено руководство по цвету для вашего ресторана.
Скачать PDF
17.2 Скорость звука, частота и длина волны
Цели обучения
К концу этого раздела вы сможете делать следующее:
- Определить шаг
- Опишите взаимосвязь между скоростью звука, его частотой и длиной волны
- Описать влияние звука на скорость его прохождения через различные среды
- Опишите влияние температуры на скорость звука
Информация, представленная в этом разделе, поддерживает следующие цели обучения и научные практики AP®:
- 6.B.4.1 Учащийся может спланировать эксперимент для определения взаимосвязи между периодической скоростью волны, длиной волны и частотой и связать эти понятия с повседневными примерами. (Ст. 4.2, 5.1, 7.2)
Рис. 17.8 При взрыве фейерверка световая энергия воспринимается раньше звуковой. Звук распространяется медленнее, чем свет. (кредит: Доминик Алвес, Flickr)
Звук, как и все волны, распространяется с определенной скоростью и обладает свойствами частоты и длины волны. Вы можете наблюдать прямое свидетельство скорости звука, наблюдая за фейерверком. Вспышка взрыва видна задолго до того, как слышен его звук, что подразумевает как то, что звук распространяется с конечной скоростью, так и то, что он намного медленнее света. Вы также можете непосредственно ощущать частоту звука. Восприятие частоты называется высотой тона. Длина волны звука непосредственно не ощущается, но косвенные свидетельства обнаруживаются в соотношении размеров музыкальных инструментов с их высотой звука. Маленькие инструменты, такие как пикколо, обычно издают высокие звуки, в то время как большие инструменты, такие как туба, обычно издают низкие звуки. Высокий тон означает малую длину волны, а размер музыкального инструмента напрямую связан с длиной волны звука, который он производит. Таким образом, небольшой инструмент создает коротковолновые звуки. Аналогичные аргументы утверждают, что большой инструмент создает длинноволновые звуки.
Соотношение скорости звука, его частоты и длины волны такое же, как и для всех волн
17.1 vw=fλ,vw=fλ, размер 12{v размер 8{w}=fλ} {}
где vwvw size 12{v size 8{w}} {} — это скорость звука, ff size 12{f} {} — его частота, а λλ size 12{λ} {} — его длина волны. Длина волны звука — это расстояние между соседними идентичными частями волны, например, между соседними сжатиями, как показано на рис. 17.9. Частота такая же, как и у источника, и представляет собой количество волн, проходящих через точку в единицу времени.
Рис. 17.9 Звуковая волна исходит от источника, вибрирующего с частотой f,f, и распространяется со скоростью vw,vw и имеет длину волны λ.λ. размер 12{λ} {}.
Из таблицы 17.4 видно, что скорость звука сильно различается в разных средах. Скорость звука в среде определяется сочетанием жесткости среды (или сжимаемости в газах) и ее плотности. Чем жестче (или менее сжимаема) среда, тем выше скорость звука. Это наблюдение аналогично тому факту, что частота простого гармонического движения прямо пропорциональна жесткости колеблющегося объекта. Чем больше плотность среды, тем медленнее скорость звука. Это наблюдение аналогично тому факту, что частота простого гармонического движения обратно пропорциональна массе колеблющегося объекта. Скорость звука в воздухе мала, потому что воздух сжимаем. Поскольку жидкости и твердые тела относительно жесткие и их очень трудно сжать, скорость звука в таких средах обычно выше, чем в газах.
Применение научных практик: Музыка из бутылок
Когда жидкость наливается в емкость с узким горлышком, например, в бутылку из-под газировки, это может превратиться в забавный музыкальный опыт! Найдите бутылку с узким горлышком и налейте в нее воду. Когда вы дуете на поверхность бутылки, должен создаваться музыкальный тон. Этот шаг, соответствующий резонансной частоте оставшегося в бутылке воздуха, можно определить с помощью рис. 17.8. Ваша задача — спланировать эксперимент и собрать данные, чтобы подтвердить эту взаимосвязь между частотой, создаваемой дуновением в бутылку, и глубиной оставшегося воздуха.
- Используйте объяснение выше, чтобы спланировать эксперимент, который даст данные о высоте столба воздуха и частоте основного тона. Используйте таблицу данных ниже, чтобы записать свои данные.
Высота столба воздуха (λ) Генерируемая частота основного тона ( f ) Таблица 17.1
- Постройте график, используя собранную выше информацию. График должен включать все пять точек данных и отображать частоту на зависимой оси.
- Какой тип отношений отображается на вашем графике? (прямой, обратный, квадратичный и т.д.)
- Соответствует ли ваш график уравнению 17.1, приведенному ранее в этом разделе? Объяснять.
Примечание. Чтобы понять, почему возникает частота, когда вы дуете на контейнер с узким горлышком, см. Раздел 17.5 далее в этой главе.
Ответ
- По мере увеличения высоты столба воздуха значения частоты должны уменьшаться. Примерный набор данных показан ниже.
Depth of air column (λ) Frequency of pitch generated ( f ) 24 cm 689.6 Hz 22 cm 752.3 Hz 20 см 827,5 Гц 18 см 919,4 Гц 16 см 1034,4 Гц Таблица 17.2
- Нарисованный график должен иметь частоту по вертикальной оси, содержать пять точек данных и иметь тенденцию вниз и вправо. Ниже показан график, использующий пример данных из приведенного выше.
Рис. 17.10 График зависимости высоты воздушного столба от частоты генерируемого основного тона.
- Обратная связь
Высота столба воздуха (λ) Frequency of pitch generated ( f ) Product of wavelength and frequency 24 cm 689.6 Hz 165.5 22 cm 752.3 Hz 165.5 20 cm 827.5 Hz 165.5 18 cm 919.4 Hz 165.5 16 cm 1034.4 Hz 165.5 Таблица 17.3
- График соответствует уравнению v = f λ . По мере уменьшения длины волны частота генерируемого основного тона увеличивается. Эта взаимосвязь подтверждается как таблицей данных выборки, так и диаграммой выборки. Кроме того, как показано в таблице 17.1, произведение λ и f постоянно во всех пяти точках данных.
В дополнение к этим объяснениям учащийся может использовать формулу, приведенную в условии задачи, чтобы показать, что произведение f × высота столба воздуха стабильно 165,5.
Средний | v w (м/с) |
---|---|
Газы при 0 ºC0 ºC | |
Воздух | 331 |
Углекислый газ | 259 |
Кислород | 316 |
Гелий | 965 |
Водород | 1290 |
Жидкости при 20 ºC20 ºC | |
Этанол | 1160 |
Меркурий | 1450 |
Вода пресная | 1480 |
Морская вода | 1540 |
Ткань человека | 1540 |
Твердые вещества (продольные или объемные) | |
Вулканизированная резина | 54 |
Полиэтилен | 920 |
Мрамор | 3810 |
Стекло, посуда | 5640 |
Свинец | 1960 |
Алюминий | 5120 |
Сталь | 5960 |
Таблица 17. 4 Скорость звука в различных средах
Землетрясения, по существу звуковые волны в земной коре, являются интересным примером того, как скорость звука зависит от жесткости среды. Землетрясения имеют как продольную, так и поперечную составляющую, и они распространяются с разной скоростью. Объемный модуль гранита больше, чем его модуль сдвига. По этой причине скорость продольных или волн давления (Р-волн) при землетрясениях в граните значительно выше скорости поперечных или поперечных волн (S-волн). Оба компонента землетрясений распространяются медленнее в менее жестком материале, таком как отложения. P-волны имеют скорость от 4 до 7 км/с, а S-волны, соответственно, имеют скорость от 2 до 5 км/с, причем обе они быстрее в более жестком материале. P-волна постепенно опережает S-волну по мере того, как они проходят через земную кору. Время между P- и S-волнами обычно используется для определения расстояния до их источника; то есть эпицентр землетрясения.
Скорость звука зависит от температуры в данной среде. Для воздуха на уровне моря скорость звука определяется как
17,2 vw=331 м/сT273K,vw=331 м/сT273K, размер 12{v размер 8{w}= левый («331″» м/с» справа ) sqrt { { {T} свыше {«273″» K»} } } } {}
, где температура (обозначается как TT) выражается в единицах Кельвина. Скорость звука в газах связана со средней скоростью частиц в газе, vrms,vrms, size 12{v size 8{ ital «rms»}} {} и
17,3 vrms=3kTm,vrms=3kTm, size 12{v size 8{ ital «rms»}= sqrt { { {«3KT»} свыше {м} } } } {}
, где kk — постоянная Больцмана (1,38 × 10–23 Дж/K1,38 × 10–23 Дж/K), а mm — масса каждой (идентичной) частицы в газе. Итак, разумно, что скорость звука в воздухе и других газах должна зависеть от квадратного корня из температуры. Хотя это и не пренебрежимо мало, это не сильная зависимость. В 0 ºC0 ºC скорость звука 331 м/с, тогда как при 20 ºC20 ºC это 343 м/с: увеличение менее чем на 4 процента. На рис. 17.11 показано, как летучая мышь использует скорость звука для определения расстояния. Эхо также используется в медицинской визуализации.
Рис. 17.11. Летучая мышь использует звуковое эхо, чтобы ориентироваться и ловить добычу. Время возвращения эха прямо пропорционально расстоянию.
Одним из наиболее важных свойств звука является то, что его скорость почти не зависит от частоты. Эта независимость, безусловно, верна на открытом воздухе для звуков в слышимом диапазоне от 20 до 20 000 Гц. Если бы эта независимость не была истинной, вы бы наверняка заметили ее в музыке, которую играет марширующий оркестр, например, на футбольном стадионе. Предположим, что высокочастотные звуки распространяются быстрее — тогда чем дальше вы будете от группы, тем больше звук низкочастотных инструментов будет отставать от высокочастотных. Но музыка всех инструментов доносится с ритмом, не зависящим от расстояния, поэтому все частоты должны распространяться почти с одинаковой скоростью. Напомним, что
17,4 vw=fλ.vw=fλ. size 12{v size 8{w}=fλ} {}
В данной среде при фиксированных условиях вввв постоянна, так что существует связь между размером ff 12{f} {} и λ;λ; size 12{λ} {} чем выше частота, тем меньше длина волны. См. рис. 17.12 и рассмотрите следующий пример.
Рис. 17.12 Поскольку в данной среде они распространяются с одинаковой скоростью, низкочастотные звуки должны иметь большую длину волны, чем высокочастотные звуки. Здесь низкочастотные звуки излучаются большим динамиком, называемым низкочастотным динамиком, а высокочастотные звуки излучаются маленьким динамиком, называемым твитером.
Пример 17.1 Расчет длин волн: каковы длины волн слышимых звуков?
Расчет длины волны звука на крайних точках слышимого диапазона, 20 и 20 000 Гц, в 30 ºC30 ºC воздуха. Предположим, что значения частоты точны до двух значащих цифр.
Стратегия
Чтобы найти длину волны по частоте, мы можем использовать vw=fλ.vw=fλ. размер 12{v размер 8{w}=fλ} {}
Решение
- Определить известные. Значение для vw,vw, size 12{v size 8{w}} {} определяется как
17,5 vw=331м/сT273K.vw=331м/сT273K. размер 12{v размер 8{w}= левый («331″» м/с» правый) sqrt { { {T} над {«273″» K»} } } } {}
- Преобразуйте температуру в кельвины, а затем введите температуру в уравнение.
17,6 vw=331 м/с303 K273K=348,7 м/svw=331 м/с303 K273K=348,7 м/с
- Решите зависимость между скоростью и длиной волны для λ.λ. размер 12{λ} {}
17,7 λ=vwfλ=vwf размер 12{λ= { {v размер 8{w}} над {f} } } {}
- Введите скорость и минимальную частоту, чтобы получить максимальную длину волны.
17,8 λmax=348,7 м/с20 Гц=17 мλmax=348,7 м/с20 Гц=17 м размер 12{λ размер 8{«max»}= {{«348» «.» 7″ м/с»} свыше {«20 Гц»} } =»17″» м»} {}
- Введите скорость и максимальную частоту, чтобы получить минимальную длину волны.
17,9 λmin=348,7 м/с20 000 Гц=0,017 м=1,7 смλmin=348,7 м/с20 000 Гц=0,017 м=1,7 см размер 12{λ размер 8{«мин»}= {{«348» «. » 7″ м/с»} более {«20» «.» «000 Гц»} } =0 «.» «0174» «м»=1 «.» «74 см»} {}
Обсуждение
Поскольку произведение ff размера 12{f} {}, умноженное на λλ размера 12{λ} {} , равно константе, чем меньше ff размера 12{f} {}, тем больше λλ размер 12{λ} {} должен быть , и наоборот.
Скорость звука может изменяться при переходе звука из одной среды в другую. Однако частота обычно остается неизменной, потому что она похожа на возбужденное колебание и имеет частоту исходного источника. Если vwvw размер 12{v размер 8{w}} {} изменяется, а размер ff 12{f} {} остается прежним, то длина волны λλ размер 12{λ} {} должен измениться. Это потому vw=fλ,vw=fλ, чем выше скорость звука, тем больше его длина волны для данной частоты.
Установление связей: домашнее исследование — Голос как звуковая волна
Подвесьте лист бумаги так, чтобы верхний край бумаги был зафиксирован, а нижний край мог свободно двигаться. Вы можете приклеить верхний край бумаги к краю стола. Аккуратно подуйте возле края нижней части листа и обратите внимание, как движется лист. Говорите тихо, а затем громче, чтобы звуки касались края нижней части бумаги, и отмечайте, как движется лист. Объясните эффекты.
Проверьте свое понимание
Представьте, что вы наблюдаете, как взрываются два фейерверка. Вы слышите взрыв одного из них, как только видите его. Однако вы видите другой фейерверк за несколько миллисекунд, прежде чем услышите взрыв. Объясните, почему это так.
Решение
Звук и свет распространяются с определенной скоростью. Скорость звука меньше скорости света. Первый фейерверк наверняка совсем рядом, так что разницы в скорости не заметно. Второй фейерверк находится дальше, поэтому свет достигает ваших глаз заметно раньше, чем звуковая волна достигает ваших ушей.
Проверьте свое понимание
Вы видите два музыкальных инструмента, которые не можете идентифицировать. Один воспроизводит высокие звуки, а другой — низкие. Как вы могли определить, кто из них кто, не слыша, как играет кто-то из них?
Решение
Сравните их размеры. Инструменты с высоким тоном обычно меньше инструментов с низким тоном, потому что они генерируют меньшую длину волны.
ACT Science Help
Студенты, нуждающиеся в помощи ACT Science, получат большую пользу от нашей интерактивной программы. Мы разбираем все ключевые элементы, чтобы вы могли получить адекватную помощь ACT Science. Имея под рукой обязательные концепции обучения и актуальные практические вопросы, вы получите много помощи от ACT Science в кратчайшие сроки. Получите помощь сегодня с нашей обширной коллекцией важной информации ACT Science.
В дополнение к другим разделам ACT, научный раздел представляет собой смесь биологии, химии и некоторой физики; однако ACT не требует прямого знания предмета, но требует значительного количества навыков критического чтения и мышления. Помня о том, что все ответы на вопросы отрывка должны быть найдены в отрывке, вы сможете направлять изучение с самого начала. Студентам не обязательно иметь полное запоминание темы, но они должны хорошо разбираться в критическом чтении, критическом мышлении и интерпретации рисунков, графиков и диаграмм. Нужны ли вам лучшие преподаватели ACT Science в Атланте, преподаватели ACT Science в Хьюстоне или преподаватели ACT Science в Сан-Франциско, работа с профессионалом может вывести ваше обучение на новый уровень.
Как упоминалось ранее, ACT не проверяет конкретные темы биологии, химии и физики, но проверяет области знаний. Конкретные области знаний, рассматриваемые в разделе ACT Science, включают:
— Представление данных: представление графиков и диаграмм, подобных тем, которые можно найти в научных журналах, используются для оценки того, насколько хорошо учащиеся понимают тенденции и прямые или косвенные отношения между переменными. Линейные и точечные графики занимают важное место в темах представления данных.
— Резюме исследований: студенту представляются один или несколько экспериментов, проведенных студентом или ученым. Эти вопросы сосредоточены на планировании эксперимента, обосновании и интерпретации экспериментальных результатов. Студентов часто спрашивают, почему необходим определенный порядок шагов исследования, основанный на информации, содержащейся в отрывке, или почему результаты одного студента могут быть более правильными, чем результаты другого.
— Противоречивые точки зрения: представлено несколько гипотез от разных ученых или студентов, пытающихся объяснить физическое явление. Иногда студентов просят определить, какое из утверждений не основано на доказательствах, представленных в отрывке, или как можно согласовать два аргумента с дополнительными данными. Сравнение альтернативных точек зрения как с явными, так и с неявными данными является основной целью этого раздела.
Навыки, приобретенные на уроках биологии, химии и физики в старших классах, служат основой для успешного прохождения раздела ACT Science. Хотя содержание не имеет прямого отношения к тому, что было изучено в классе, навыки критического чтения и интерпретации позволяют учащимся интерпретировать необходимые научные данные; однако знакомство с общими темами биологии, такими как клеточный цикл, экосистема и структура клеток животных и растений, часто помогает в чтении отрывков. Отрывки ACT основывают свои графики, рисунки и диаграммы на знаниях, полученных в старшей школе, поэтому понимание некоторых из этих базовых знаний может еще больше облегчить интерпретацию рисунков. Репетиторы Varsity Tutors предлагают такие ресурсы, как бесплатная книга для подготовки к ACT, которая поможет вам в самостоятельном обучении, или вы можете подумать о репетиторах по ACT Science.
Однако основным средством достижения успеха в разделе ACT Science является время для изучения и отработки отрывков. Учащиеся должны проверить, как переменные связаны между собой на графиках и рисунках, просмотрев старые школьные задания или используя подготовленные материалы, доступные в многочисленных компаниях, занимающихся подготовкой к экзаменам. Кроме того, репетиторы, которые работают со студентами над научной частью ACT, часто могут предоставить дополнительные практические отрывки для обучения и часто имеют обширные стратегии сдачи тестов, которые оказались полезными для предыдущих студентов. В дополнение к справочному разделу ACT Science и репетиторству ACT Science вы также можете рассмотреть возможность прохождения некоторых наших практических тестов ACT Science. Задачи организованы по принципу, поэтому вы можете сосредоточиться только на тех типах задач, которые кажутся вам особенно сложными.