سوال ۵۴ · فیزیک
کنکور ریاضی ۱۴۰۴ نوبت اول · سوال ۵۴ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۳: نوسان و موج
اگر کهکشانی به ما نزدیک شود، کدام مشخصهٔ نور دریافتی از آن، افزایش می‌یابد؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۴ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
گام اول: تغییر طول موج را مشخص می‌کنیم. طبق اثر دوپلر نور، وقتی کهکشان به ناظر نزدیک می‌شود، طول موج دریافتی کاهش می‌یابد؛ این پدیده «انتقال به آبی» نام دارد (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحه‌های ۸۳–۸۴).
گام دوم: تندی نور را بررسی می‌کنیم. تندی انتشار نور در خلأ برابر مقدار ثابت است و نزدیک‌شدن کهکشان باعث افزایش آن نمی‌شود (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۷۵). بنابراین گزینه‌هایی که افزایش تندی را مطرح می‌کنند، نادرست‌اند.
گام سوم: تغییر بسامد را به دست می‌آوریم. رابطهٔ تندی، بسامد و طول موج برای نور در خلأ به‌صورت یا است (فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحهٔ ۷۵). چون ثابت است، با کاهش طول موج، بسامد افزایش می‌یابد.
پس هنگام نزدیک‌شدن کهکشان، تندی نور ثابت می‌ماند، طول موج کاهش می‌یابد و بسامد افزایش پیدا می‌کند.
پاسخ: گزینهٔ ۴
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: ممکن است دانش‌آموز تصور کند تندی چشمه به تندی نور افزوده می‌شود و هم‌زمان جهت تغییر طول موج را نیز اشتباه بگیرد. در واقع تندی نور در خلأ ثابت می‌ماند و هنگام نزدیک‌شدن کهکشان، طول موج دریافتی کاهش می‌یابد؛ پس هیچ‌یک از این دو مشخصه افزایش نمی‌یابد.
- گزینهٔ ۲: این گزینه از تشخیص درست افزایش بسامد، همراه با تصور نادرست افزایش تندی نور بر اثر نزدیک‌شدن چشمه، ناشی می‌شود. حرکت کهکشان بسامد دریافتی را تغییر می‌دهد، اما تندی نور در خلأ را افزایش نمی‌دهد.
- گزینهٔ ۳: این انتخاب معمولاً ناشی از جابه‌جاگرفتن انتقال به سرخ و انتقال به آبی است. افزایش طول موج مربوط به دورشدن کهکشان است، نه نزدیک‌شدن آن.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- بخش اثر دوپلر برای امواج الکترومغناطیسی را در فیزیک ۳ (ریاضی)، صفحه‌های ۸۳–۸۴ مرور کن؛ نزدیک‌شدن چشمه با انتقال به آبی همراه است.
- در انتقال به آبی، طول موج دریافتی کاهش می‌یابد؛ از سوی دیگر، حرکت چشمه تندی انتشار نور در خلأ را تغییر نمی‌دهد.
- در رابطهٔ ، صورت کسر ثابت است و مخرج کاهش می‌یابد. از این رابطه، جهت تغییر بسامد دریافتی را مشخص کن.