Zadanie 3: Załamanie i własności fal dźwiękowych na granicy ośrodków
- Arkusz
- CKE Maj 2025 · Maj · 2025
- Punkty
- 4 pkt
- Dział
- Fale · Fale dźwiękowe
- Trudność
- Poziom trudności: średnie
Zadanie dotyczy analizy zjawisk falowych (załamanie, zmiana długości fali) przy przejściu fali dźwiękowej między powietrzem a wodą.
Treść zadania
Fale dźwiękowe o dużych częstotliwościach (np. ultradźwięki) mogą w ośrodkach rozchodzić się w postaci wąskich wiązek. Gdy wiązka fali ultradźwiękowej pada na granicę dwóch ośrodków, to – w zależności m.in. od kąta padania na tę granicę – może częściowo wniknąć do drugiego ośrodka i częściowo się odbić od granicy albo może całkowicie się odbić od granicy ośrodków. W zadaniu przyjmij, że:
• wartość prędkości dźwięku w powietrzu jest równa
• wartość prędkości dźwięku w wodzie jest równa .
Zwróć uwagę na to, że wartość prędkości dźwięku w wodzie jest większa od wartości prędkości dźwięku w powietrzu.
Zadanie 3.1. (0–1)
Rozważamy falę dźwiękową, która biegnie w powietrzu i przechodzi do wody. Dokończ zdanie. Zaznacz odpowiedź A, B albo C i jej uzasadnienie 1., 2. albo 3.
Długość tej fali dźwiękowej po przejściu z powietrza do wody
A. się zwiększyła, ponieważ częstotliwość tej fali po przejściu z powietrza do wody 1. się zwiększyła.
B. się zmniejszyła, 2. się zmniejszyła.
C. się nie zmieniła, 3. się nie zmieniła.
Zadanie 3.2. (0–3)
Rozważamy wiązkę ultradźwięków, która biegnie w powietrzu i pada na taflę wody pod kątem . Tylko jeden z rysunków A–C prawidłowo przedstawia dalszy bieg tej wiązki ultradźwięków od granicy powietrze – woda. Kreską przerywaną oznaczono linie pomocnicze. Ustal dalszy bieg wiązki ultradźwięków od granicy powietrze – woda. Wykorzystaj odpowiednie prawa / zależności fizyczne i wykonaj niezbędne obliczenia, które doprowadzą do tego ustalenia. Następnie zaznacz rysunek (spośród A–C), na którym prawidłowo przedstawiono dalszy bieg wiązki ultradźwięków od granicy powietrze – woda.
Odpowiedź i wynik końcowy
3.1: A3 (Długość fali się zwiększyła, ponieważ częstotliwość jest stała, a prędkość w wodzie jest większa).
3.2: Kąt załamania wynosi około (z prawa Snella , co oznacza, że przy następuje całkowite wewnętrzne odbicie, jeśli fala biegłaby z wody do powietrza, ale tutaj fala biegnie z powietrza do wody, więc załamuje się od normalnej).