Kap 5: Bølger, Lyd og Lys Flashcards
5A: Svingning
er en periodisk bevegelse mellom to ytterstillinger
Periodiske fenomener
gjentar seg med jevne mellomrom, og det kalles “svingninger”
Periode (svingetid) T
betegner tiden som brukes på en hel svingning. Altså fra en ytterstilling og tilbake til samme ytterstilling.
Enhet: Sek
Symbol: T
Formel: T= t/n
Likevektsstilling
er den stillingen/posisjonen et svingesystem har når den er i ro (gjenstand)
Utslag
avstanden fra likevektsstillingen (varierer med tid)
Amplitude
er det største positive utslaget (størst bølgetopp). Bestemmer styrken på fargen vi ser.
Symbol: A
Enhet: ?
Frekvens (f)
er antall svingninger per tid
Symbol: f
Enhet: Hz
Formel: f= n/t. , n= antall svingninger
- 1 Hz = 1/s (en svingning per sek) = s^-1
Sammenhengen mellom frekvens og periode
Når svingningene er raske er frekvensen høy/stor og perioden liten/kort. (Høy f = kort T)
Formel: f = 1/T
f * T= n/t * t/n= 1
Hvilken formel skal man bruke når man skal lage en graf for svingninger?
Y(x)= A*sin (kx)
- x= tid
- Y(x)= posisjon ved tiden x
- Når A blir større = større amplitude
- K blir større = kortere periode
Dempede svingninger
når loddet får mindre og mindre amplitude og endre i ro, da er svingningene dempet.
- Det kommer av at krefter motvirker bevegelsen og tar energi fra systemet, fra f.eks. friksjon og luftmotstand.
Egenfrekvens
den frekvensen et svingesystem får når det svinger fritt.
- Den f som brettet svinger med, etter du har hoppet av
Resonans
Vi får resonans når et svingesystem blir påvirket av en periodisk kraft med samme frekvens som systemets egenfrekvens.
- Svingningene får større og større amplitude.
- Hvis du hopper (opp/ned stupebrett) med en spesiell frekvens, blir utslagene til stupebrettet større og større.
Når svinger brettet med stor amplitude
Når det virker en periodisk kraft på stupebrettet med samme frekvens som brettets egenfrekvens. Da svinger brettet med stor A.
5B: Bølger
er svingninger som brer seg. Det er transport av energi. Energien kommer fra en bølgekilde. Vi har mekaniske og elektromagnetiske bølger.
Hva mener man med tversbølger
I en tversbølge skjer svingebevegelsen på tvers av fartsretningen. Fartsretningen er f.eks mot høyre, men svingebevegelsen går opp og ned.
Langsbølge
skjer svingebevegelsen langs fartsretningen.
- En fjær som dyttes frem og tilbake får foretninger og fortynninger.
Fase
Punkter som har samme utslag og svingeretning til samme tid, er i fase med hverandre. F.eks. 2 bølgetopper
Bølgelengde
er avstanden fra ett punkt i en bølge til det neste punktet som svinger i samme fase
- Avstanden mellom to bølgetopper er en bølgelengde
- Den avgjør hvilken farge vi ser
Enhet: meter
Bølgefart (v)
er frekvensen ganger bølgelengden
Enhet: m/s
Formel: v = b.lengde / T = 1/T * b.lengde = f * b.lengde
- Formelen gjelder for både langs og tversbølger
Mekaniske bølger
er bølger som bare kan bre seg igjennom faste stoffer, væsker og gass.
- F.eks: Lydbølger, seismiske bølger (jordskjelv)
Elektromagnetiske bølger
I disse bølgene er det elektriske og magnetiske svingninger som brer seg. Kan gå igjennom vakuum, i motsetning til mekaniske bølger.
- F.eks Lys og radiobølger
Hvor kommer energien til en bølge fra
en bølgekilde
Sammenhengen mellom bølgefart, frekvens og bølgelengde (formler)
S= v*t b.lengde= v*T= v* 1/f V= b.lengde/T = 1/T * b.lengde = f * b.lengde
- 07 b: Dønninger ruller med (4.5 sek) mellomrom inn mot en strand. Avstanden mellom dønningene er (12 m). -
- Finn bølgefarten (v):
Info: T= 4.5s og B.lengde= 12m
V= 1/T * b.lengde= 1/4.5 * 12= 2.7m/s
5.09 a: Hvor lang tid bruker bølgen på å bevege seg 500m?
Info: f= 40 Hz og b.lengde= 0.25m
V= f * b.lengde= 40 * 0.25 = 10m/s
S= v*t <=> t= s/v = 500/10 = 50s
- 10: Fig viser et øyeblikksbilde av bølgetopper i en plan bølge som er på vei mot høyre. Bølgetopp A hadde 0.5s tidligere samme posisjon som F har nå.
- Regn ut b.lengde, bølgefart og frekvens
Fig: 6 streker (A - F) 10 cm fra A til F Info: t= 0.5s og s= 10cm = 0.01m b.lengde= v*T S= v*t <=> v= s/t blengde= s/t * T= s/t * t/n => s/n b.lengde= 10cm / 5 = 2 cm
T= t/n => 0.5 s/5 = 0.1 s V= 1/T * b.lengde=> 1/0.1 * 0.02 = 0.2 m/s
f= v/b.lengde => 0.2/0.02 = 10 Hz
5c: Hva vil det si at en bølge blir reflektert
Bølger som treffer en vegg, blir sendt tilbake.
Innfallslodd
er en rett linje som går vinkelrett ut fra veggen.
Innfallsvinkel (ai)
er vinkelen mellom innfallslodd og fartsretningen for de innfallene bølgene.
Refleksjonsvinkel (ar)
er vinkelen mellom innfallsloddet og fartsretningen for de reflekterte bølgene.
Refleksjonsloven
Innfallsvinkelen er lik refleksjonsvinkelen: ai = ar
Se bilde
Hvorfor skjer det brytning av bølger
Brytning av bølger kommer av at bølgefarten forandrer seg.
- F.eks: når bølgene går fra et stoff til et annet, eller mår vannbølgen går fra dypt til grunt vann.
Hva skjer når det oppstår brenninger (i vannbølger)
Vannbølgene havner over på grunt vann, går langsommere og bølgetoppene ender opp med å ha høyere hastighet enn bølgedalene.
Hvorfor oppstår brytning av lys
Lyset går fra et stoff til et annet, og får endret hastigheten sin, fordi molekylene og lyset påvirker hverandre mer i et tettere stoff enn et tynnere stoff. Lyset blir dermed forsinket og får lavere fart når det går fra luft til vann.
- F.eks: Brilleglass, regnbue, når du ser på noe som ligger ned i vann.
Refleksjon: Hvite overflater og speil reflekterer alle deler av det synlige spekteret, men hva er forskjellen som gjør at de ser så ulike ut?
??????
Brytning: Dette er også fenomenet som gir oss regnbuen, ser du hvordan
Fargene i regnbuen oppstår på samme måte som når sollyset blir brutt i et glassprisme. Vi ser vanligvis regnbuen når været skifter mellom sol og regn. Når solstrålene treffer de små vanndråpene i lufta, blir lyset brutt inn i dråpene. Hvis vi snur oss mot regnbuen er sola alltid bak oss.
- 13a: Fig viser plane bølger som går fra område 1 til 2. Område 1: større avstand mellom strekene enn i 2.
- Avgjør om bølgelengden, frekvensen og bølgefarten er størst i område 1 eller 2, eller like store i begge områdene.
Bølgelengden og bølgefarten er størst i 1, og f er like stor i 1 og 2.
Frekvensen er lik fordi bølgene fortsetter å komme inn i det stiplede området med samme, uavhengig av hva som skjer etter linjen. Selv om bølgende her kommer inn over et grunnere område så vil bølgene starte i dette området i samme frekvensen som de kom fra området over.
5.13b: Er vanndybden størst i område 1 eller i 2?
I område 1 er vanndybden størst.
- Når bølgene går fra dypt til grunt vann, skifter de retning (brytning).
- Vannbølgene går saktere jo grunnere det er. Når vanndybden minker inn mot en strand, betyr det at bølgefarten endrer seg gradvis inn mot stranden.
- Det at vannbølger går langsommere på grunt vann er også årsaken til brenninger. På grunt vann har nemlig bølgetoppene større fart enn bølgedalene.
5.14: Finn innfallsvinkelen og refleksjonsvinkelen
Info: Refleksjonsforsøk (lys) vinkel 132 grader mellom den reflekerte og innfallende lysstrålen
ai = ar = 132/2 = 66 grader
5d: Hva vil det si at en bølge blir bøyd?
Når bølgene passerer en small åpning og brer seg til sidene, blir de bøyd (tegne)
Hva vil det si at to bølger interferer?
De to bølgene er på samme sted til samme tid, og interferer med hverandre når de virker sammen og lager et felles bølgemønster.
- Utslaget i hvert punkt er summen av utslagene til hver bølge.
Formel (samlet utslag)
Y(t)= Y1 (t) + Y2 (t)
- Y(t)= samlet utslag
- Y1 (t) / Y2 (t) = er utslag for bølge 1 eller 2 ved tiden t.
Konstruktiv interferens
Når to bølger interferer og møtes i samme fase (bølgetopp møter bølgetopp) får man konstruktiv interferens. Da blir amplituden større.
Destruktiv interferens
Når to bølger interferer og møtes i ulike faser (bølgetopp møter bølgedal) vil det oppstå destruktiv interferens. Da blir amplituden 0.
Bøyning: Kan du forklare hvordan denne portugisiske stranden har fått sin form? (Bilde)
Praia de são Martinho de Porto
??????????
??????
Interferens: Forklar hvordan noice cancelling headphones fungerer.
??????????
????????
- 17a: Fig: viser plane vannbølger som passerer en åpning der bølgene blir bøyd
- Avgjør om bøyningene blir mer eller mindre markert med de samme bølgene når vi gjør åpningen 1 smalere og 2 bredere
1: mer markert og 2: mindre markert
- Om bølgene blir tydelig bøyd eller ikke, avhenger av hvor bred åpningen er i forhold til bølgelengden. Jo mindre bredden D er i forhold til bølgelengden, desto tydligere blir bøyningen.
b: —//—- med den samme åpningen når bølgelengden blir 1: mindre eller 2: større
1: mindre markert 2: mer markert
- 103: Fig: viser hvordan utslaget på et sted varierer med tiden når en bølge passerer.
- Finn amplituden, perioden, frekvensen og bølgelengden. V= 3 m/s
Info: x start til slutt (0 - 4), y start til slutt (-0.2 - 0.2)
A= 0.2 m b.lengde= 2.5 - 0.5 = 2 s
f= n/t => 2/4 = 0.5 Hz
T= v* b.lengde=> 3 * 2= 6m
5.110 *a: Måle tykkelsen på en isbre. Fyrer av sprengladninger i “s”. Registrer vi (G) 30.3 m/s senere en bølge som har vært reflektert fra fjellet under breen. Bølge farten i isen er 3.3 * 10^3 m/s.
(Bilde) s ——-80m——–G
- Regn ut Tykkelsen h:
(1ms = 0.001s)
Finner SP: (likebeint trekant)
- Vi tar tiden delt på to, og ganger det med fart.
t= 0.0303 s/ 2 = 0.01515
s= vt => 3.310^3 * 0.01515= 49.995 = 50m
- I en likebeint trekant er 2 sider like lange
SP = PG = 50m - Finner h: (pytagoras) rettvinklet trekant
x^2= 50^2 - 40^2
x= 30m
5e: Hva er forskjellen mellom støy og toner?
Periodiske lydsvingninger gir toner, mens lydsvingninger som ikke er periodiske gir støy.
Hva slags type bølger er lydbølger?
Langsbølger. De har trykkvariasjoner som treffer øret og får trommehinnen til å bevege seg med samme frekvens.
Hva skjer med lydfarten når temperaturen øker? Hvorfor?
Den øker fordi trykkvariasjonene i lydbølgene forplanter seg når molekylene i gassen kolliderer, og det skjer oftere i en varm gass. Dermed går det raskere.
Ranger de tre tilstandsformene ut ifra hvor lydhastigheten er lavest, til høyest.
Lavest i gass, raskere i væske og raskest i fast stoff
Lydfarten i luft
340 m/s
5.21: Hva blir bølgelengden (stemmegaffel sender ut 512 Hz i luft)
V= f * b.lengde b.lengde= v/f => 340m/s / 512 Hz = 0.664 m
- 23a: En person A som ser person B hogger ved, legger merke til at “syns og lydinntrykk ikke henger sammen”
- Hvordan forklarer vi det?
- Lydfarten i luft er mye mindre enn lysfarten.
- Lyden kommer derfor fram til A etter lyset.
5.24*: Regn ut bølgefarten i fjellgrunnen:
Info: fra en sprengning 750m unna merker vi at trykkbølgene kommer fram til oss 2.0s tidligere gjennom grunnen enn gjennom luften.
t= s/v => 750m / 340m/s = 2.206s
- Lyden bruker da 2.206s gjennom luften
- Siden lyden bruker 2.0s kortere gjennom grunnen så tar vi minus 2.00s.
Gjennom grunnen: 2.206 - 2.00 = 0.206
V= s/t => 750m / 0.206s = 3641 m/s = 3.6 km/s
5f: Hva må til for at lys skal bli bøyd i en spalte
Spalten må være svært smal, mindre enn 1mm
Hva mener vi med at to lyskilder er koherente
De svinger i takt, med samme frekvens
Hvordan skaffer vi oss koherente kilder til interferensforsøk?
Man kan bruke laser, som har stor grad av koherente bølgekilder. Vanlig lys fra en lyspære har lite koherente bølgekilder.
Hvordan kan lysbølger gi mørke i et dobbeltspalteforsøk?
Ser vi på lys i bølgemodellen, så vil det bli mørke der bølgene møtes i ulike fase, altså der det er destruktiv interferens.
d*sin Ø = (n-1/2) * b.lengde, hvor n= (1, 2, 3, ….)
Hvordan viser et gitterforsøk at rødt lys har større bølgelengde enn grønt lys?
Når vi sender laser med rødt og grønt lys mot et gitter: Grønt lys har kortere b.lenge enn rødt lys, altså er sin Ø mindre. I nulte ordens maksimum vil det være både rødt og grønt lys.
Deretter på hver side vil første ordens maksium for grønt være (siden Ø grønt er mindre enn for rødt).
Ytterst vil vi få første ordens maksimum for rødt dermed ser man at den med størst b.lengde havner ytterst for den har større sin Ø.
Hva er lysmaksimum?
Der kan man se synlig lys når man sender lys igjennom to spalte-åpninger. Det er der lysbølgene møtes i samme fase og gir konstruktiv interferens.
Hvilken formel kan vi bruke om lysmaksimum i dobbeltspalteforsøk?
d*sin Ø = n * b.lengde , der n= (0, 1, 2, 3, …)
Formel for lysmimimum i dobbeltspalteforsøk (bilde)
d*sin Ø = (n - 1/2) * b.lengde , når n=(1, 2, 3, …)
- d= avstand mellom spalteåpningene
- n= ordenstallet for lysminimumet
- Ø= avbøyningsvinkel til lys minimum eller lys maksimum
Hva er lysets hastighet i lufttomt rom?
300 000 km/s = 300 000 000 m/s
Nulte ordens maksimum
I midten mellom spalte 1 og 2 er det like mange bølgelengder fra s1 og s2.
- Forskjell i avstand fra s1 og s2 til A er (a1 - a2= 0)
Første ordens lysmaksimum
Der det blir lysmax, symmetrisk på hver side av nulte ordens lysmax.
B1 - B2 = 5 b.lengde - 4 b.lengde = 1 b.lengde
Hva er d*sin Ø det samme som?
trekant S, altså veiforskjellen mellom spalteåpningene
Hva er trekant S det sammme som
n * b.lengde eller også d*sin Ø
5.25: Hvor lang tid bruker lyset på en strekning på 2km?
t= s/v => 2000m / 300 000 000m/s = 6.67 * 10^-6 s = 6.7 us (u = en lang u)
5.26: Rødt lys har omtrent dobbelt så stor bølgelengde som fiolett lys. Er det rødt lys eller fiolett lys som blir mest bøyd i en smal åpning?
Rødt lys blir mest bøyd fordi desto større b.lengde, desto større sin Ø. Og da bøyes den lengre vekk fra nulte ordens maksimum.
- 27: I et interferensforsøk med dobbeltspalte bruker vi lys med b.lengde (550 nm = 550*10^-9 m). Spalteavstanden er (0.120 mm)
- Regn ut retningen Ø for lysmaksimum av
a) Første orden
Finner Ø i grader, n= 1
dsin Ø= n b.lengde
sin (Ø)= nb.lengde / d => 1 * 55010^-9 m/0.00012m = 4.583 10^-3
Ø = sin^-1 (4.58310^-3)= 0.263 grader
- 28: (bilde) Vi sender laserlys igjennom en dobbeltspalte og får et interferensmønster på en skjerm lengre unna.
a) Hvordan ser interferensmønsteret ut? Hvordan forklarer vi at mønsteret blir slik?
?????
s. 162 - 3
