سوال ۲۱۸ · فیزیک
کنکور تجربی ۱۳۹۹ · سوال ۲۱۸ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۳ · فصل ۳: نوسان و امواج
در کدام‌یک از موارد زیر از مکان‌یابی پژواکی امواج فراصوت به‌همراه اثر دوپلر استفاده می‌شود؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۴ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای پاسخ، باید دو ویژگی را هم‌زمان بررسی کنیم: استفاده از پژواکِ امواج فراصوت و استفاده از اثر دوپلر برای تعیین تندی.
گام اول ـ نقش پژواک: در مکان‌یابی پژواکی، موج به جسم می‌رسد و بازتاب آن دریافت می‌شود؛ اطلاعات موج بازگشتی برای شناسایی مکان جسم به کار می‌رود (فیزیک ۳، صفحهٔ ۷۹).
گام دوم ـ نقش اثر دوپلر: اگر جسم بازتابنده حرکت کند، بسامد موج بازگشتی می‌تواند با بسامد موج ارسالی متفاوت باشد. این تغییر بسامد، اطلاعاتی دربارهٔ حرکت جسم می‌دهد و می‌توان از آن برای تعیین تندی استفاده کرد (فیزیک ۳، صفحهٔ ۷۹).
گام سوم ـ تطبیق با کاربرد موردنظر: در بررسی شارش خون، کاوه امواج فراصوت را به درون بدن می‌فرستد و بازتاب آن‌ها را از گویچه‌های قرمز متحرک دریافت می‌کند. با بررسی تغییر بسامد موج بازگشتی، تندی حرکت گویچه‌ها و در نتیجه تندی شارش خون تعیین می‌شود. فعالیت «اندازه‌گیری تندی شارش خون» نیز دقیقاً همین کاربردِ ترکیبیِ مکان‌یابی پژواکی و اثر دوپلر را مطرح می‌کند (فیزیک ۳، صفحهٔ ۷۹).
بنابراین، صرف استفاده از بازتاب، تمرکز امواج یا حتی اثر دوپلر کافی نیست؛ در این پرسش باید موج نیز فراصوت باشد.
پاسخ: گزینهٔ ۴
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۱: ممکن است بازتاب صوت از سطح سهموی با مکان‌یابی پژواکی اشتباه گرفته شود؛ اما میکروفون سهموی صوت دریافتی را متمرکز می‌کند و کار آن اندازه‌گیری تندی با تغییر بسامد دوپلری نیست.
- گزینهٔ ۲: کاربرد امواج در پزشکی ممکن است دانش‌آموز را به انتخاب دستگاه سنگ‌شکن یا لیتوتریپسی برساند؛ اما هدف این دستگاه متمرکزکردن انرژی امواج برای شکستن سنگ است، نه تعیین تندی جسم با پژواک و اثر دوپلر.
- گزینهٔ ۳: چون در تندی‌سنج‌های راداری خودرو از اثر دوپلر استفاده می‌شود، این گزینه وسوسه‌کننده است؛ اما موج به‌کاررفته در آن‌ها الکترومغناطیسی است، نه فراصوت.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- بخش «مکان‌یابی پژواکی» در صفحهٔ ۷۹ فیزیک ۳ را مرور کنید و تفاوت نقش بازتاب موج با نقش اثر دوپلر را به یاد آورید.
- گزینهٔ موردنظر باید هر دو شرط را داشته باشد: دریافت بازتاب امواج فراصوت و استفاده از تغییر بسامد برای اندازه‌گیری تندی؛ صرفِ تمرکز امواج یا کاربرد دوپلر کافی نیست.
- به کاربرد پزشکی‌ای فکر کنید که در آن ذرات متحرک درون بدن، باریکهٔ فراصوت را بازمی‌تابانند و حرکتشان بسامد موج بازگشتی را تغییر می‌دهد.