سوال ۶۰ · فیزیک
کنکور تجربی ۱۴۰۴ نوبت دوم · سوال ۶۰ · کلید رسمی سازمان سنجش
فیزیک · فیزیک ۳ · فصل ۳: نوسان و امواج
یک نوسانساز، موجهایی دورهای در یک ریسمان کشیدهشده ایجاد میکند، اگر کشش ریسمان را افزایش دهیم، «تندی موج»، «دورۀ تناوب موج» و «طول موج»، به ترتیب، چه تغییری میکنند؟
نمایش پاسخ و پاسخ تشریحی
پاسخ درست: گزینهٔ ۳ (کلید رسمی سازمان سنجش)
پاسخ تشریحی
برای بررسی سه کمیت، باید اثر چشمه و ویژگیهای ریسمان را جدا کنیم.
۱. تندی موج: تندی انتشار موج عرضی در ریسمان از رابطۀ به دست میآید که در آن نیروی کشش و چگالی خطی جرم ریسمان است (فیزیک ۳، صفحهٔ ۶۵). در این مسئله، چگالی خطی ریسمان ثابت در نظر گرفته میشود؛ بنابراین با افزایش کشش، تندی موج افزایش مییابد.
۲. دورۀ تناوب موج: بسامد نوسان اجزای محیط با بسامد چشمه برابر است (فیزیک ۳، صفحههای ۶۱–۶۲). چون فقط کشش ریسمان تغییر کرده و بسامد نوسانساز تغییر نکرده است، بسامد موج ثابت میماند. در نتیجه، طبق رابطۀ ، دورۀ تناوب موج نیز ثابت میماند.
۳. طول موج: موج در مدت یک دورۀ تناوب به اندازۀ یک طول موج پیشروی میکند؛ پس یا است (فیزیک ۳، صفحهٔ ۶۵). چون تندی افزایش یافته و دوره ثابت مانده است، طول موج افزایش مییابد.
بنابراین بهترتیب، تندی موج افزایش مییابد، دورۀ تناوب ثابت میماند و طول موج افزایش مییابد.
پاسخ: گزینهٔ ۳
چرا گزینههای دیگر نادرستاند
- گزینهٔ ۱: این گزینه ممکن است از تصورِ نسبت وارون میان تندی و طول موج انتخاب شود. اما چون بسامد چشمه ثابت است، طبق رابطۀ ، افزایش تندی با افزایش طول موج همراه است، نه کاهش آن.
- گزینهٔ ۲: ممکن است تصور شود کشش بیشتر، حرکت موج را دشوارتر و آن را کندتر میکند؛ درحالیکه طبق رابطۀ ، تندی افزایش مییابد. همچنین تغییر کشش، دورۀ نوسان چشمه را تغییر نمیدهد و طول موج نیز ثابت نمیماند.
- گزینهٔ ۴: این گزینه از جابهجا گرفتن نقش چشمه و محیط ناشی میشود: تندی موج را ثابت و دورۀ آن را وابسته به کشش فرض میکند. در واقع، افزایش کشش تندی انتشار را افزایش میدهد، ولی دورۀ موج را که چشمه تعیین میکند، تغییر نمیدهد.
راهنمایی قدمبهقدم (پیش از دیدن پاسخ)
- به تفاوت نقش چشمه و محیط توجه کن: کدامیک بسامد موج را تعیین میکند و کدامیک بر تندی انتشار اثر دارد؟ بخش «مشخصههای موج» را مرور کن.
- برای ریسمان با چگالی خطی ثابت، رابطۀ را به کار ببر. از طرف دیگر، در صورت سؤال تغییری در آهنگ نوسان چشمه داده نشده است.
- پس از تعیین تغییر تندی و ثابتبودن دورۀ موج، از رابطۀ استفاده کن تا تغییر طول موج نیز مشخص شود.