Temă · 27 jocuri

Unde: ce se deplasează și cât de repede

O undă transportă energie și o formă dintr-un loc în altul, în timp ce materialul se mișcă doar înainte și înapoi. Frecvența, lungimea de undă și viteza sunt legate între ele: v = f·λ, T = 1 ÷ f.

Jocurile acestei teme

27 jocuri

JOACĂ ACUM · 65

Puls pe coardă: ce se deplasează de-a lungul unei unde?

O undă transportă o formă și energie, în timp ce coarda se mișcă doar în sus și în jos. Cronometrează un puls, privește o panglică stând pe loc, citește amplitudinea, adună două pulsuri care se întâlnesc și prinde un ecou.

Ce este o undăAmplitudine
Joacă Puls pe coardă
Viteza undei
v = d ÷ t
Pulsurile se adună
y = y₁ + y₂

JOACĂ ACUM · 66

Cercuri pe apă: de ce scad undele când se lărgesc

Valul unei pietre scade pe măsură ce cercul ei crește, pentru că aceeași energie se distribuie de-a lungul unui cerc tot mai lung. Află înălțimea departe, energia pe metru, distanța la care scade la 1 cm și compară o undă dreaptă.

AmplitudineEnergia unei unde
Joacă Cercuri pe apă
Val care se lărgește
A ∝ 1 ÷ √r
Energie și înălțime
E ∝ A²

JOACĂ ACUM · 67

Puterea pe o coardă: câtă energie transportă o undă?

O undă transportă energie de-a lungul unei corzi până la un absorbant de la capătul îndepărtat. Dublează amplitudinea, dublează și frecvența, calculează wații, află oscilația care păstrează aceeași putere și încearcă o coardă mai grea.

AmplitudinePuterea unei unde
Joacă Puterea pe o coardă
Puterea unei unde
P = ½·μ·ω²·A²·v
Contează pătratele
P ∝ A²·f²

JOACĂ ACUM · 68

Rigla cuvei cu unde: măsurarea lungimii de undă

O bară se scufundă într-o cuvă de 8 ori pe secundă și trimite valuri drepte de-a lungul ei. Numără intervalele dintre creste, citește o fotografie la jumătate de mărime, află viteza cu v = f·λ, încetinește valurile peste o zonă puțin adâncă și cronometrează-le de-a lungul cuvei.

Lungime de undăMăsurarea undelor
Joacă Rigla cuvei cu unde
Numărarea intervalelor
λ = d ÷ (n − 1)
Ecuația undelor
v = f·λ

JOACĂ ACUM · 69

Mașina de unde: lungime de undă, frecvență și viteză

Un motor scutură un capăt al unei corzi și o umple cu unde. Numără-le ca să afli lungimea de undă, leag-o de frecvență cu v = f·λ, scutură mai repede, cronometrează perioada la o mărgea și încearcă o amplitudine mai mare.

Lungime de undăFrecvență și perioadă
Joacă Mașina de unde
Ecuația undelor
v = f·λ
Perioadă
T = 1 ÷ f

JOACĂ ACUM · 72

Așteptarea surferului: perioada unei unde

Un surfer care așteaptă pe loc urcă pe fiecare creastă care trece, o dată pe perioadă T = λ ÷ v. Cronometrează așteptarea, numără valurile pe minut, află viteza și distanța hulei și transformă perioada într-o frecvență.

PerioadăValuri pe mare
Joacă Așteptarea surferului
Perioadă
T = λ ÷ v
Frecvență
f = 1 ÷ T

JOACĂ ACUM · 73

Ceasul mareelor: perioada mareelor

Marea dintr-un port urcă și coboară cu o perioadă de aproximativ 12 h 25 min. Cronometrează patru maree, află refluxul, numără fluxurile dintr-o zi, descoperă de ce fluxul vine cu 50 de minute mai târziu în fiecare zi și află lungimea de undă a mareei.

PerioadăMaree
Joacă Ceasul mareelor
Perioadă
T = 12 h 25 min
Lungime de undă
λ = v·T

JOACĂ ACUM · 75

Cursa tsunamiului: cum fixează adâncimea viteza unei unde

Un tsunami este atât de lung încât toată adâncimea mării se mișcă odată cu el, iar viteza lui este v = √(g·h). Află-i viteza peste un ocean adânc, transform-o în km/h, cronometrează o traversare de 2000 km, privește-l încetinind lângă coastă și află adâncimea dintr-o viteză.

Viteza undeiTsunami
Joacă Cursa tsunamiului
Viteză
v = √(g·h)
Adâncime
h = v² ÷ g

JOACĂ ACUM · 76

Laboratorul slinky: unde transversale și longitudinale

Scutură un slinky lateral și fiecare spiră se mișcă transversal: o undă transversală. Împinge-l și trage-l și fiecare spiră se mișcă de-a lungul lui, îndesindu-se în comprimări: o undă longitudinală. Află unghiul mișcării unei spire, distanța dintre comprimări și viteza lor.

Transversale și longitudinaleSlinky
Joacă Laboratorul slinky
Viteza undei
v = f·λ
Comprimări
λ = v ÷ f

JOACĂ ACUM · 77

Cutremur P și S: două tipuri de unde seismice

Un cutremur trimite o undă P longitudinală rapidă și o undă S transversală mai lentă. Intervalul dintre ele îi spune unei stații cât de departe a fost cutremurul. Află acea distanță, momentele sosirii, zguduirea undei S și viteza ei.

Transversale și longitudinaleCutremure
Joacă Cutremur P și S
Distanță
d = Δt ÷ (1/v_S − 1/v_P)
Intervalul dintre sosiri
Δt = d ÷ v_S − d ÷ v_P

JOACĂ ACUM · 78

Sonda cu ecou: distanțe din ecouri

Un ecou este un sunet care a ricoșat, deci parcurge distanța de două ori: d = v·t ÷ 2. Sondează fundul mării cu sonarul, găsește molia unui liliac, cronometrează ecoul unei faleze, măsoară viteza sunetului în apa de mare și găsește un banc de pești.

ReflexieSonar și ecouri
Joacă Sonda cu ecou
Distanță
d = v·t ÷ 2
Timpul ecoului
t = 2d ÷ v

JOACĂ ACUM · 79

Ricoșeurile undelor: cum se reflectă undele

Un val părăsește un perete sub același unghi sub care a sosit. Un puls pe o coardă se întoarce răsturnat de la un capăt blocat și drept de la un capăt liber. Află unghiul de ieșire, țintește o lovitură cu ricoșeu, prezice sensul fiecărui puls și cronometrează un drum dus-întors.

ReflexieValuri și corzi
Joacă Ricoșeurile undelor
Unghiul de ieșire
θ_out = θ_in
Capăt fix
y_back = −y

JOACĂ ACUM · 80

Plaja puțin adâncă: unde care se curbează

Valurile încetinesc în apă puțin adâncă. Frecvența lor rămâne aceeași, deci lungimea de undă se scurtează, iar dacă sosesc sub un unghi se curbează: refracția. Află noua lungime de undă, frecvența, unghiul, viteza și adâncimea deasupra unui banc de nisip.

RefracțieValuri pe mare
Joacă Plaja puțin adâncă
Lungime de undă
λ₂ = λ₁·v₂ ÷ v₁
Legea lui Snell
sin θ₁ ÷ sin θ₂ = v₁ ÷ v₂

JOACĂ ACUM · 81

Pescuit cu sulița: lumina care se curbează în apă

Lumina este mai lentă în apă, deci se curbează traversând suprafața: n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂. Un pește pare mai puțin adânc decât este. Află adâncimea reală a unui pește, unghiul unui laser în apă, unde să țintești o suliță, indicele unui lichid și unghiul limită.

RefracțieLumină
Joacă Pescuit cu sulița
Legea lui Snell
n₁·sin θ₁ = n₂·sin θ₂
Adâncimea reală
d = n·d_seen

JOACĂ ACUM · 82

Două difuzoare: puncte puternice și puncte liniștite

Două difuzoare care cântă aceeași notă umplu o cameră cu puncte puternice și liniștite. E liniște acolo unde unul este cu o jumătate de undă mai departe decât celălalt: Δd = (n + ½)·λ. Află puncte liniștite și puternice, o frecvență, o lungime de undă și ce face un difuzor inversat.

InterferențăSunet
Joacă Două difuzoare
Puncte liniștite
Δd = (n + ½)·λ
Puncte puternice
Δd = n·λ

JOACĂ ACUM · 83

Acordorul cu bătăi: note care pulsează

Două note de înălțime apropiată intră și ies din pas, deci sunetul crește și se stinge de |f₁ − f₂| ori pe secundă. Acordorii ascultă bătăile încetinind și oprindu-se. Află o frecvență a bătăilor, o reacordare, timpul dintre bătăi, prea sus sau prea jos și o diferență de înălțime.

BătăiSunet
Joacă Acordorul cu bătăi
Frecvența bătăilor
f_b = |f₁ − f₂|
Timpul dintre bătăi
T_b = 1 ÷ f_b

JOACĂ ACUM · 84

Intrarea în port: unde care se lărgesc

Valurile se lărgesc după ce trec printr-o deschidere, mai ales când deschiderea are cam o lungime de undă. Departe în spatele ei, prima direcție de liniște este sin θ = λ ÷ a. Află direcții de liniște, deschiderea care liniștește o barcă, o lungime de undă și când valurile umplu tot portul.

DifracțieUnde pe apă
Joacă Intrarea în port
Prima direcție de liniște
sin θ = λ ÷ a
Lungime de undă
λ = v·T

JOACĂ ACUM · 85

Fanta laser: lumina care se lărgește

Lumina care trece printr-o fantă îngustă se lărgește într-o franjă luminoasă cu franje întunecate de o parte și de alta. Prima franjă întunecată este la y = λ·L ÷ a de centru. Află o franjă întunecată, lățimea franjei centrale, lățimea unei fante, lungimea de undă a unui laser și a doua franjă întunecată.

DifracțieLumină
Joacă Fanta laser
Prima franjă întunecată
y = λ·L ÷ a
Franja centrală
w = 2·λ·L ÷ a

JOACĂ ACUM · 86

Trece ambulanța: înălțimea sirenei care se schimbă

O sirenă în mișcare își comprimă undele sonore în față și le întinde în spate, deci o auzi mai înaltă când vine și mai joasă când pleacă: f' = f·v ÷ (v ∓ v_s). Află înălțimea la apropiere și la îndepărtare, viteza unei ambulanțe, nota unei sirene și o octavă.

Efectul DopplerSunet
Joacă Trece ambulanța
Spre tine
f' = f·v ÷ (v − v_s)
Îndepărtându-se
f' = f·v ÷ (v + v_s)

JOACĂ ACUM · 87

Rața care înoată: valuri în față și în spate

Fiecare vâslire trimite un inel din punctul în care se află rața, deci inelele se îndesesc în față și se răresc în spate: λ' = (v ∓ v_s) ÷ f. Mai rapidă decât valurile ei, rața face o undă de etravă în formă de V. Află distanțe, o viteză, un ritm de vâslire și unghiul unei unde de etravă.

Efectul DopplerUnde pe apă
Joacă Rața care înoată
Distanța dintre valuri
λ' = (v ∓ v_s) ÷ f
Undă de etravă
sin θ = v ÷ v_s

JOACĂ ACUM · 88

Sonometrul: cât de puternic e un sunet puternic?

Decibelii numără puteri ale lui zece: L = 10·log(I ÷ I₀), deci fiecare 10 dB înseamnă de zece ori intensitatea, iar la distanță dublă sunetul este cu aproximativ 6 dB mai slab. Află nivelul a zece difuzoare, scăderea cu distanța, un raport de intensități, un nivel și o distanță.

SunetDecibeli
Joacă Sonometrul
Nivel sonor
L = 10·log(I ÷ I₀)
Distanță
I ∝ 1 ÷ r²

JOACĂ ACUM · 89

Flautul din sticlă: note din aer și apă

O sticlă este un tub închis la un capăt: coloana ei de aer conține un sfert de undă, deci f = v ÷ 4L. Toarnă apă și coloana se scurtează, deci înălțimea urcă. Află nota unei sticle, nota după turnare, lungimea unei coloane, câtă apă să torni și nota următoare mai înaltă.

SunetRezonanță
Joacă Flautul din sticlă
Tub închis
f = v ÷ 4L
Note mai înalte
f_n = n·v ÷ 4L

JOACĂ ACUM · 90

Laboratorul antenelor: cât de lungă este o undă radio?

Radioul, Wi-Fi-ul și microundele sunt unde care se deplasează cu 3 × 10⁸ m/s. Folosește λ = c ÷ f ca să le afli lungimile de undă, dimensionează o antenă de un sfert de undă, află distanța dintre punctele fierbinți ale unui cuptor cu microunde și descoperă de ce stâlpii AM sunt atât de înalți.

Lungime de undăUnde radio
Joacă Laboratorul antenelor
Lungime de undă
λ = c ÷ f
Antenă de un sfert de undă
L = λ ÷ 4