Giải bài tập SGK Vật lý 12 Bài 10: Đặc trưng vật lý của âm

Hạ âm và siêu âm có cùng bản chất không?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được định nghĩa về sóng âm, sóng hạ âm và sóng siêu âm.

Hướng dẫn giải

Hạ âm và siêu âm có cùng bản chất là sóng cơ học, chỉ khác nhau về tần số.

Sóng âm là gì?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được định nghĩa về sóng âm.

Hướng dẫn giải

Sóng âm là sóng cơ học lan truyền trong môi trường rắn, lỏng, khí.

Nhạc âm là gì?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được định nghĩa về nhạc âm.

Hướng dẫn giải

Nhạc âm là âm có tần số xác định, thường do các nhạc cụ phát ra.

Trong ba môi trường rắn, lỏng và khí, âm truyền nhanh nhất trong môi trường nào, chậm nhất trong môi trường nào ?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được định nghĩa về các đặc trưng, tốc độ lan truyền của sóng âm.

Hướng dẫn giải

Trong ba môi trường : Rắn, lỏng, khí thì âm truyền trong chất rắn là nhanh nhất và chậm nhất là âm truyền trong không khí.

Cường độ âm được đo bằng gì ?

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi trên cần nắm được công thức tính cường độ âm và các đại lượng vật lý trong công thức.

Hướng dẫn giải

- Cường độ âm I (W/m²): I = Et.S = PS.

- Trong đó:

+ E(J), P(W) là năng lượng, công suất phát âm của nguồn

+ S (m²) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S = 4πR²)

Chọn câu đúng.

Siêu âm là âm:

A. Có tần số lớn

B. Có cường độ rất lớn

C. Có tần số trên 20000Hz

D. Truyền trong mọi môi trường nhanh hơn âm

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được định nghĩa sóng siêu âm.

Hướng dẫn giải

- Chọn đáp án C

- Vì theo định nghĩa: Sóng siêu âm là sóng âm mà có tần số lớn hơn 20000Hz không gây ra cảm giác thính giác ở người.

Chọn câu đúng.

Cường độ âm được đo bằng:

A. Oát trên mét vuông.

B. Oát

C. Niuton trên mét vuông

D. Niuton trên mét

Phương pháp giải

Để trả lời câu hỏi này cần nắm được định công thức tính cường độ âm và các đại lượng trong công thức.

Hướng dẫn giải

-Chọn đáp án A.

- Vì: Cường độ âm I(W/m²) là I = E/t.S = P/S.

- Trong công thức trên, ta có: E(J), P(W) lần lượt là năng lượng, công suất phát âm của nguồn; S (m²) là diện tích mặt vuông góc với phương truyền âm (với sóng cầu thì S là diện tích mặt cầu S = 4πR²).

Một lá thép dao động với chu kì T = 80ms. Âm do nó phát ra có nghe được không ?

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức tính tần số:  \(f = \frac{1}{T}\)

- Dựa vào định nghĩa và đặc điểm sóng âm để đưa ra kết luận đây là sóng hạ âm.

Hướng dẫn giải

- Ta có: \(f = \frac{1}{T} = \frac{1}{{{{80.10}^{ - 3}}}} = 12,5Hz\) 

           => f =12,5Hz <16Hz.

- Đây là sóng hạ âm nên tai không nghe được.

Một siêu âm có tần số 1MHz. Sử dụng bảng 10.1 SGK, hãy tính bước sóng của siêu âm này trong không khí ở 0^oC và trong nước ở 15^oC.

Phương pháp giải

- Áp dụng công thức: \(\lambda = \frac{v}{f}\)  để tính bước sóng.

- Dựa vào bảng 10.1 và thay giá trị thích hợp của vận tốc tương ứng với nhiệt độ vào công thức trên.

Hướng dẫn giải

Theo bảng 10.1, vận tốc âm trong không khí ở 0^oC là v = 331 m/s, trong nước ở 15^oC là v’ = 1500(m/s).

- Bước sóng của siêu âm trong không khí ở 0^oC: 

\(\lambda = \frac{v}{f} = \frac{{331}}{{{{10}^6}}} = {3,31.10^{ - 4}}m = 0,331mm\)

- Bước sóng của âm trong nước ở 15^oC:

 \({\lambda _1} = \frac{{{v_1}}}{f} = \frac{{1500}}{{{{10}^6}}} = {1,5.10^{ - 3}}m = 1,5mm\)

Để đo tốc độ âm trong gang, nhà vật lí Pháp Bi-ô đã dùng một ống bằng gang dài 951,25m. Một người đập một nhát búa vào một đầu ống gang, một người ở đầu kia nghe thấy hai tiếng gõ, một truyền qua gang và một truyền qua không khí ở trong ống gang ; hai tiếng ấy cách nhau 2,5s. Biết tốc độ âm trong không khí là 340m/s, hãy tính tốc độ âm trong gang.

Phương pháp giải

- Tóm tắt các dữ kiện đề bài cho: l = 951,25m, t= 2,5s, v_kk= 340m/s

- Lập công thức tính tốc độ âm khi truyền trong không khí và khi truyền trong gang: t và (t - 2,5)

- Áp dụng công thức: t = l/ v để tìm t

- Áp dụng công thức tính: \(v = \frac{s}{t} = \frac{l}{t}\) để tìm tốc độ âm.

Hướng dẫn giải

- Vận tốc âm truyền trong gang nhanh hơn vận tốc truyền trong không khí.

- Gọi t là thời gian truyền âm trong không khí.

- Thời gian truyền trong gang là (t – 2,5).

- Thời gian truyền trong không khí: 

\(t = \frac{l}{{{v_{kk}}}} = \frac{{951,25}}{{340}} = 2,8s\)

- Tốc độ âm trong gang: 

\(v = \frac{l}{{t - 2,5}} = \frac{{951,25}}{{2,8 - 2,5}} = 3170,8m/s$\)