سوال ۵۶ · فیزیک
کنکور ریاضی ۱۴۰۵ · سوال ۵۶ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۳ (ریاضی) · فصل ۴: برهمکنشهای موج
تاری به طول ۸۰cm و چگالی با نیروی کشش ۳۰۰N بین دو نقطه محکم بسته شده است. تار به تشدید درآمده و با بسامد ۲۵۰Hz ارتعاش میکند و در طول آن ۲ شکم ایجاد شده است. سطح مقطع تار چند میلیمتر مربع است؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۲ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
گام اول ـ تعیین طول موج:
در تار دوسرثابت، هر شکم متناظر با نیم طول موج است؛ پس برای نقش دارای شکم داریم (فیزیک ۳ ریاضی، صفحههای ۱۰۶–۱۰۷). در این سؤال و است؛ بنابراین:
گام دوم ـ محاسبهٔ تندی موج:
از رابطهٔ تندی، بسامد و طول موج استفاده میکنیم:
گام سوم ـ ارتباط سطح مقطع با کشش تار:
طبق رابطهٔ بهکاررفته در مثال کتاب، تندی موج عرضی در تار برابر است که در آن چگالی خطی جرمی تار است (فیزیک ۳ ریاضی، صفحهٔ ۱۰۷، مثال ۴ـ۳).
چگالی دادهشده در سؤال، چگالی حجمی است. برای تار یکنواخت با سطح مقطع ، حجم برابر است؛ پس:
بنابراین:
گام چهارم ـ جایگذاری و تبدیل واحد:
ابتدا چگالی را به دستگاه SI تبدیل میکنیم:
اکنون:
با توجه به اینکه ، داریم:
پاسخ: گزینهٔ ۲
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۱: ممکن است بر اثر خطای عددی در محاسبهٔ مربع تندی موج یا تقسیم نهایی، مقدار به دست آید. اما این سطح مقطع با رابطهٔ و دادههای سؤال سازگار نیست.
- گزینهٔ ۳: اگر پس از محاسبهٔ چگالی خطی، تبدیل آن به سطح مقطع یا تبدیل واحدها نادرست انجام شود، ممکن است مقدار انتخاب شود. چگالی دادهشده حجمی است و باید از رابطهٔ استفاده کرد.
- گزینهٔ ۴: این گزینه ممکن است از اشتباه در توانهای ده هنگام تبدیل چگالی یا سطح مقطع حاصل شود. توجه کنید که و است.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- نقشهای موج ایستادهٔ تار دوسرثابت را به یاد بیاورید: هر شکم، نیم طول موج را در طول تار جای میدهد (فیزیک ۳ ریاضی، صفحههای ۱۰۶–۱۰۷).
- با وجود دو شکم، از رابطهٔ طول موج را پیدا کنید؛ سپس با تندی انتشار موج را به دست آورید.
- چگالی دادهشده حجمی است، نه خطی؛ بنابراین و در نتیجه . دادهها را در دستگاه SI جایگذاری کنید و در پایان سطح مقطع را به میلیمتر مربع تبدیل کنید.