Question

1. Podaj warunek powstania fali uderzeniowej
2. Podaj wzor na energie potencjalna w jednorodnym polu grawitacji

3. Podaj wzor z opisem na energie potencjalna sprezystosci
4. Wyjaśnij pojęcie 'prędkość fali'

Answer 1

1.Gdy w gazie porusza się ciało to nadaje ono cząsteczkom zderzającym się z nim dodatkową prędkość. Jeżeli prędkość tego ciała jest mniejsza od średniej prędkości cząsteczek gazu, to cząsteczki przekazują sobie w wyniku zderzeń prędkość, po zderzeniu powracają i zderzają się cząsteczkami z drugiej strony, rozchodzące się w ten sposób zaburzenie jest obserwowane jako dźwięk. Jeżeli ciało ma prędkość większą od średniej prędkości cząsteczek gazu, to cząsteczki nie "nadążają z przekazywaniem" energii poprzedzającym je cząsteczkom, powstaje obszar w którym gwałtownie rośnie prędkość cząsteczek (szczególnie w jednym kierunku) co odpowiada wzrostowi ciśnienia. Gdy ciało przestanie gwałtownie się poruszać, następuje gwałtowny spadek ciśnienia.

Jeżeli czynnik wywołujący falę trwa długo wywołuje ruch gazu w kierunku rozchodzenia się fali (podmuch).

Po ustaniu przyczyny, fala uderzeniowa rozchodząc się szybko zanika, wywołując wzrost temperatury ośrodka w którym się rozchodzi (np. powietrza). Po zwolnieniu do prędkości poddźwiękowej staje się zwykłą falą dźwiękową o dużej amplitudzie.

Silne fale dźwiękowe, słyszalne jako grzmot, lub też fale powstałe w wyniku uderzenia, niekiedy bywają mylnie nazywane falami uderzeniowymi.

 

2.pole grawitacyjne jest jednorodne
wysokości mierzymy od powierzchni Ziemi
energia potencjalna przy powierzchni Ziemi ma wartość zerową.

 

3.W celu rozciągnięcia sprężyny trzeba wykonać pracę, z kolei sprężyna kurcząc się będzie nam tę pracę oddawać. Tak więc w rozciągniętej sprężynie jest zgromadzona energia sprężystości (równoważna pracy użytej do jej praca jej rozciągania), zaś uwolnienie tej energii pozwala na odzyskanie włożonej poprzednio pracy. Na tej zasadzie działają m.in. naręczne zegary mechaniczne (nakręcane), zabawki, gumowe proce, a także łuki i kusze.

 

4.Prędkość dźwięku w danym ośrodku zależy od różnych czynników np. od naprężeń i gęstości w przypadku ciał stałych, od temperatury w przypadku gazów i cieczy. W stałych warunkach prędkości dźwięku w różnych ośrodkach są w miarę stabilne i określone. Poniżej podano prędkości dźwięku dla kilku ośrodków w warunkach normalnych (temperatura 20°C, ciśnienie normalne 101325 Pa): stal - 5100 m/s beton - 3800 m/s woda - 1490 m/s powietrze - 343 m/s Z przedstawionych danych wynika, że dźwięku znacznie szybciej rozchodzą się w wodzie i ciałach stałych niż w powietrzu. Prędkość dźwięku w powietrzu (a także ogólnie - w gazach) wyraźnie zależy od temperatury (ściślej od pierwiastka kwadratowego z temperatury wyrażonej w kelwinach). Im większa jest temperatura powietrza, tym szybciej poruszają się jego cząsteczki i tym większa jest prędkość dźwięku. W typowych warunkach, jakie spotykamy na co dzień w atmosferze ziemskiej, zmiana temperatury powietrza o 10 stopni Celsjusza spowoduje zmianę prędkości dźwięku o ok. 5 m/s.