سوال ۴۸ · فیزیک
کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۴۸ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۳ · فصل ۳: نوسان و امواج
یک چشمهٔ صوت ساکن است و شنونده‌ای درحال دور شدن از آن است. کدام مورد در مقایسه با حالتی که این دو نسبت به هم ساکن‌اند، درست است؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۱ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
گام اول ــ تشخیص حالت مسئله: چشمهٔ صوت ساکن است و فقط شنونده حرکت می‌کند؛ پس باید حالت «چشمهٔ ساکن و ناظر متحرک» را بررسی کنیم، نه حالت حرکت چشمه (فیزیک ۳، صفحهٔ ۷۵–۷۶).
گام دوم ــ بررسی بسامد شنیده‌شده: شنونده هنگام دورشدن از چشمه، در مقایسه با حالت سکون، در مدت زمانی یکسان با جبهه‌های موج کمتری برخورد می‌کند. چون بسامد شنیده‌شده به تعداد این برخوردها در واحد زمان مربوط است، بسامد کاهش می‌یابد (فیزیک ۳، صفحهٔ ۷۵–۷۶).
گام سوم ــ بررسی طول موج: طول موج، فاصلهٔ دو جبههٔ موج متوالی است. چشمه ساکن است و حرکت شنونده فاصلهٔ جبهه‌های ایجادشده در محیط را تغییر نمی‌دهد؛ بنابراین طول موج ثابت می‌ماند. تغییر فاصلهٔ جبهه‌ها در جلو و عقب چشمه، مربوط به حرکت خودِ چشمه است و نباید به این مسئله تعمیم داده شود (فیزیک ۳، صفحهٔ ۷۵).
پس بسامد شنیده‌شده کاهش می‌یابد، ولی طول موج ثابت می‌ماند.
پاسخ: گزینهٔ ۱
چرا گزینه‌های دیگر نادرست‌اند
- گزینهٔ ۲: ممکن است جهت حرکت شنونده با حالت نزدیک‌شدن اشتباه گرفته شود. افزایش بسامد مربوط به نزدیک‌شدن شنونده است؛ هنگام دورشدن، در هر ثانیه جبهه‌های کمتری به او می‌رسد.
- گزینهٔ ۳: در این گزینه کاهش بسامد درست تشخیص داده شده، اما حرکت شنونده به‌اشتباه عامل تغییر فاصلهٔ جبهه‌های موج در نظر گرفته شده است. حرکت شنونده، طول موج ایجادشده توسط چشمهٔ ساکن را کوتاه‌تر نمی‌کند.
- گزینهٔ ۴: ممکن است بلندترشدن طول موج در حالت دورشدنِ چشمه، به دورشدنِ شنونده تعمیم داده شود و جهت تغییر بسامد نیز اشتباه تشخیص داده شود. در این مسئله چشمه ساکن است؛ بنابراین طول موج تغییر نمی‌کند و شنونده نیز به علت برخورد با جبهه‌های کمتر، بسامد کمتری می‌شنود.
راهنمایی قدم‌به‌قدم (پیش از دیدن پاسخ)
- بخش «اثر دوپلر» در فیزیک ۳ را مرور کن و میان دو حالتِ «چشمهٔ متحرک» و «شنوندهٔ متحرک» تفاوت بگذار.
- بسامد شنیده‌شده را با تعداد جبهه‌های موجی مرتبط کن که در مدت زمانی معین به شنونده می‌رسند. دورشدن شنونده این تعداد را بیشتر می‌کند یا کمتر؟
- برای بررسی طول موج، فاصلهٔ دو جبههٔ متوالی را در محیط در نظر بگیر؛ آیا جابه‌جایی شنونده می‌تواند جبهه‌هایی را که چشمهٔ ساکن ایجاد کرده است، به هم نزدیک یا از هم دور کند؟