Трептения, вълни и звук

Трептения

1. Какво е период на трептене?

   • Броят трептения за 1 s
   • Времето за едно пълно трептене
   • Най-голямото отклонение
   • Скоростта на тялото

   Отговор: Времето за едно пълно трептене

   Периодът се бележи с T и се измерва в секунди.

2. Коя е единицата за честота?

   • секунда (s)
   • херц (Hz)
   • метър (m)
   • нютон (N)

   Отговор: херц (Hz)

   Честотата е броят трептения за 1 s и се измерва в херцове: 1 Hz = 1 s⁻¹.

3. Кое движение е механично трептене?

   • Падането на камък
   • Люлеенето на люлка
   • Търкалянето на топка по пътя
   • Полетът на самолет

   Отговор: Люлеенето на люлка

   Люлката се движи напред и назад около равновесното положение и движението се повтаря.

4. Тяло извършва 20 трептения за 4 s. Каква е честотата?

   • 80 Hz
   • 0,2 Hz
   • 5 Hz
   • 20 Hz

   Отговор: 5 Hz

   ν = N : t = 20 : 4 = 5 Hz.

5. Какво е амплитуда на трептенето?

   • Времето за едно трептене
   • Броят трептения за 1 s
   • Пътят за едно трептене
   • Най-голямото отклонение от равновесното положение

   Отговор: Най-голямото отклонение от равновесното положение

   Амплитудата е максималното отклонение на тялото от равновесното положение.

6. Каква е връзката между честотата ν и периода T?

   • ν = T
   • ν = 2T
   • ν = T²
   • ν = 1/T

   Отговор: ν = 1/T

   Честотата е броят трептения за 1 s, т.е. реципрочна на периода.

7. Накъде е насочена връщащата сила при хармонично трептене?

   • По посока на отклонението
   • Перпендикулярно на движението
   • Винаги надолу
   • Винаги към равновесното положение

   Отговор: Винаги към равновесното положение

   Тя е пропорционална на отклонението и противоположна на него.

8. Тяло трепти с честота 4 Hz. Колко е периодът на трептенето?

   • 0,25 s
   • 4 s
   • 0,4 s
   • 2 s

   Отговор: 0,25 s

   T = 1/ν = 1/4 = 0,25 s.

9. Как се нарича трептене, при което амплитудата постепенно намалява?

   • Затихващо
   • Принудено
   • Незатихващо
   • Резонансно

   Отговор: Затихващо

   Поради триене и съпротивление енергията на трептенето намалява и амплитудата пада.

10. Как се изменя периодът на пружинно махало, ако масата на тялото се увеличи 4 пъти?

    • Увеличава се 2 пъти
    • Увеличава се 4 пъти
    • Намалява 2 пъти
    • Не се изменя

    Отговор: Увеличава се 2 пъти

    T = 2π√(m/k), а √4 = 2.

11. Как се изменя периодът на пружинно махало, ако заменим пружината с по-твърда (с по-голям коефициент на еластичност)?

    • Увеличава се
    • Не се изменя
    • Намалява
    • Става безкрайно голям

    Отговор: Намалява

    T = 2π√(m/k). При по-голямо k периодът намалява и тялото трепти по-бързо.

12. В коя точка потенциалната енергия на пружинното махало е най-голяма?

    • В равновесното положение
    • По средата между равновесието и края
    • В крайните положения
    • Еднаква е навсякъде

    Отговор: В крайните положения

    В крайните положения деформацията на пружината е най-голяма, а скоростта е нула.

13. В коя точка кинетичната енергия на трептящото тяло е най-голяма?

    • В крайните положения
    • В равновесното положение
    • Навсякъде е еднаква
    • На половин амплитуда

    Отговор: В равновесното положение

    Там скоростта е най-голяма, а потенциалната енергия е най-малка.

14. Тяло трепти с амплитуда 5 cm. Какъв път изминава то за един период?

    • 5 cm
    • 10 cm
    • 0 cm
    • 20 cm

    Отговор: 20 cm

    За един период тялото стига до двете крайни положения и се връща: изминава 4 амплитуди, 4 · 5 = 20 cm.

15. Тяло трепти с честота 2 Hz. Колко трептения прави за 1 min?

    • 60
    • 120
    • 30
    • 240

    Отговор: 120

    N = νt = 2 Hz · 60 s = 120 трептения.

Махала и резонанс

1. От какво зависи периодът на математическото махало при малки отклонения?

   • от масата на топчето
   • от амплитудата
   • от дължината и от земното ускорение
   • от материала на топчето

   Отговор: От дължината на нишката и от земното ускорение

   Периодът не зависи от масата и (при малки ъгли) от амплитудата.

2. Какво представлява математическото махало?

   • Тяло, закачено на пружина
   • Малко тежко тяло, окачено на лека неразтеглива нишка
   • Въртящо се колело
   • Тяло, плаващо във вода

   Отговор: Малко тежко тяло, окачено на лека неразтеглива нишка

   Математическото махало е модел: размерите на тялото и масата на нишката се пренебрегват.

3. Какво е принудено трептене?

   • Трептене без външна сила
   • Трептене, което веднага спира
   • Трептене под действие на периодична външна сила
   • Трептене само във вакуум

   Отговор: Трептене под действие на периодична външна сила

   Принуденото трептене се поддържа от външна сила, която се изменя периодично.

4. Коя е формулата за периода на математическото махало?

   • T = 2π√(g/l)
   • T = 2π√(m/k)
   • T = 2πlg
   • T = 2π√(l/g)

   Отговор: T = 2π√(l/g)

   T = 2π√(m/k) е за пружинното махало.

5. Зависи ли периодът на математическото махало от масата на тежестта при малки отклонения?

   • Да, по-тежкото трепти по-бавно
   • Да, по-тежкото трепти по-бързо
   • Не зависи
   • Да, периодът е пропорционален на масата

   Отговор: Не зависи

   T = 2π√(l/g): във формулата няма маса.

6. Махалото на часовник изостава (периодът му е твърде голям). Как трябва да се промени дължината му?

   • Да се скъси
   • Да се удължи
   • Да се смени тежестта с по-тежка
   • Нищо не помага

   Отговор: Да се скъси

   Периодът расте с дължината, затова по-късото махало ще трепти по-бързо.

7. Какъв е приблизително периодът на математическо махало с дължина 1 m? (g = 9,8 m/s²)

   • 2 s
   • 1 s
   • 6,3 s
   • 0,5 s

   Отговор: Около 2 s

   T = 2 · 3,14 · √(1 : 9,8) ≈ 6,28 · 0,32 ≈ 2,0 s.

8. Как се изменя периодът на математическо махало, ако дължината на нишката се увеличи 4 пъти?

   • Увеличава се 2 пъти
   • Увеличава се 4 пъти
   • Намалява 2 пъти
   • Не се изменя

   Отговор: Увеличава се 2 пъти

   T = 2π√(l/g). При 4 пъти по-дълга нишка периодът става √4 = 2 пъти по-голям.

9. Какво е собствена честота на трептяща система?

   • Честотата на външната сила
   • Най-голямата възможна честота
   • Честотата на звука, който издава
   • Честотата на свободните ѝ трептения

   Отговор: Честотата на свободните ѝ трептения

   Собствената честота се определя от самата система, например от дължината на махалото.

10. Как се нарича рязкото нарастване на амплитудата, когато честотата на външната сила съвпадне със собствената честота?

    • Затихване
    • Резонанс
    • Интерференция
    • Дифракция

    Отговор: Резонанс

    При резонанс системата получава енергия най-ефективно.

11. Земното ускорение на Луната е около 6 пъти по-малко. Как се изменя там периодът на същото махало?

    • Увеличава се около 2,4 пъти
    • Намалява 6 пъти
    • Увеличава се 6 пъти
    • Не се изменя

    Отговор: Увеличава се около 2,4 пъти

    T е обратно пропорционален на √g, а √6 ≈ 2,4, затова на Луната махалото трепти по-бавно.

12. Кое е пример за полезен резонанс?

    • Разрушаване на мост от вятъра
    • Резонаторната кутия на китарата усилва звука
    • Вибрации на перална машина
    • Тракане на прозорците от камион

    Отговор: Резонаторната кутия на китарата усилва звука

    Кутията на китарата резонира с трептенето на струните и звукът става по-силен.

13. Защо на войниците не е разрешено да маршируват в крак по мост?

    • За да не шумят
    • За да не се изморят
    • За да не предизвикат резонанс
    • За да не намалее триенето

    Отговор: За да не предизвикат резонанс

    Ако честотата на стъпките съвпадне със собствената честота на моста, амплитудата може опасно да нарасне.

14. Как с малки тласъци може да се залюлее люлка до голяма амплитуда?

    • Като тласкаме възможно най-често
    • Като тласкаме в случайни моменти
    • Като тласкаме в такт със собствената ѝ честота
    • Като тласкаме само веднъж много силно

    Отговор: Като тласкаме в такт със собствената ѝ честота

    Когато честотата на тласъците съвпада със собствената честота, настъпва резонанс и амплитудата расте.

15. Какво доказва махалото на Фуко, окачено на дълга нишка в Пантеона в Париж?

    • Че периодът зависи от масата
    • Че Земята е кръгла
    • Че Земята се върти около оста си
    • Че въздухът няма съпротивление

    Отговор: Че Земята се върти около оста си

    Равнината на трептене на махалото бавно се завърта спрямо пода, защото Земята се върти под него.

Механични вълни

1. Какво пренася механичната вълна?

   • вещество
   • само маса
   • електричен заряд
   • енергия, без да пренася вещество

   Отговор: Енергия, без пренос на вещество

   Частиците на средата само трептят около равновесните си положения.

2. Какво е дължина на вълната?

   • Времето за едно трептене
   • Разстоянието, което вълната изминава за един период
   • Най-голямото отклонение на частиците
   • Броят трептения за 1 s

   Отговор: Разстоянието, което вълната изминава за един период

   Дължината на вълната λ е разстоянието между две най-близки точки, които трептят еднакво, т.е. пътят на вълната за един период.

3. Как се наричат вълните, при които частиците трептят по посоката на разпространение?

   • Напречни
   • Надлъжни
   • Повърхностни
   • Светлинни

   Отговор: Надлъжни

   При надлъжните вълни се образуват сгъстявания и разреждания по посоката на движението.

4. Как се наричат вълните, при които частиците трептят перпендикулярно на посоката на разпространение?

   • Напречни
   • Надлъжни
   • Звукови
   • Ударни

   Отговор: Напречни

   При надлъжните вълни частиците трептят по посоката на разпространение.

5. В каква среда не могат да се разпространяват механичните вълни?

   • Във вода
   • Във въздух
   • В стомана
   • Във вакуум

   Отговор: Във вакуум

   Механичните вълни се пренасят чрез трептенията на частиците на средата, а във вакуума такива няма.

6. Кое е пример за механична вълна?

   • Светлината от лампата
   • Радиовълните
   • Рентгеновите лъчи
   • Кръговете по водата след хвърлен камък

   Отговор: Кръговете по водата след хвърлен камък

   Механичната вълна се разпространява в среда; водните вълни са такъв пример.

7. Вълна има честота 5 Hz и дължина 2 m. Каква е скоростта ѝ?

   • 2,5 m/s
   • 10 m/s
   • 0,4 m/s
   • 7 m/s

   Отговор: 10 m/s

   u = λ · ν = 2 · 5 = 10 m/s.

8. Вълна по въже има дължина 0,5 m и скорост 2 m/s. Каква е честотата ѝ?

   • 1 Hz
   • 0,25 Hz
   • 4 Hz
   • 2,5 Hz

   Отговор: 4 Hz

   u = λν, откъдето ν = u/λ = 2/0,5 = 4 Hz.

9. Какво е отражение на вълна?

   • Връщане на вълната от препятствие обратно в същата среда
   • Преминаване на вълната в нова среда
   • Затихване на вълната
   • Увеличаване на честотата

   Отговор: Връщане на вълната от препятствие обратно в същата среда

   При среща с препятствие вълната се връща в средата, от която е дошла, например ехото.

10. Кои сеизмични вълни пристигат първи до сеизмичната станция?

    • напречните (S)
    • повърхностните
    • надлъжните (P)
    • всички едновременно

    Отговор: Надлъжните P-вълни

    Те са най-бързи; след тях идват S-вълните и повърхностните вълни.

11. Как е насочен лъчът спрямо вълновия фронт?

    • Перпендикулярно на фронта
    • Успоредно на фронта
    • Под ъгъл 45° спрямо фронта
    • Посоката е произволна

    Отговор: Перпендикулярно на фронта

    Лъчът показва посоката на разпространение на вълната и е перпендикулярен на вълновия фронт.

12. Каква е връзката между дължината на вълната λ, скоростта v и периода T?

    • λ = v/T
    • λ = T/v
    • λ = vT
    • λ = v + T

    Отговор: λ = vT

    За един период вълната изминава разстояние, равно на дължината ѝ: λ = vT.

13. Какво трябва да направите при земетресение, ако сте в класната стая?

    • Да тичате веднага по стълбите
    • Да използвате асансьора
    • Да застанете до прозореца
    • Да се скриете под чина и да пазите главата си

    Отговор: Да се скриете под чина и да пазите главата си

    След края на труса се излиза организирано, без асансьор.

14. Защо напречните сеизмични S-вълни не преминават през течното външно ядро на Земята?

    • Течностите поглъщат само надлъжните вълни
    • Ядрото е твърде студено
    • S-вълните са по-бързи от P-вълните
    • В течностите не се разпространяват напречни вълни в обема

    Отговор: В течностите не се разпространяват напречни вълни в обема

    В течностите няма еластичност при срязване, затова в обема им се разпространяват само надлъжни вълни.

15. Какво е дифракция на вълните?

    • Отражение от гладка повърхност
    • Заобикаляне на препятствия и навлизане в зоната зад тях
    • Пълно поглъщане от средата
    • Промяна на честотата при движение

    Отговор: Заобикаляне на препятствия и навлизане в зоната зад тях

    Вълните се огъват около препятствия и минават през отвори, особено когато размерите им са близки до дължината на вълната.

Звук

1. Каква е приблизително скоростта на звука във въздуха при стайна температура?

   • 340 m/s
   • 300 000 km/s
   • 1500 m/s
   • 34 m/s

   Отговор: Около 340 m/s

   Във вода звукът е около 4 пъти по-бърз.

2. Какво е източник на звук?

   • Всяко неподвижно тяло
   • Трептящо тяло
   • Само електрическите уреди
   • Само светещите тела

   Отговор: Трептящо тяло

   Звукът възниква, когато тяло трепти, например струна, гласни струни или мембрана на говорител.

3. Може ли звукът да се разпространява в космическото пространство (вакуум)?

   • Да, по-бързо
   • Да, по-бавно
   • Не
   • Само силните звуци

   Отговор: Не

   Звукът е механична вълна и се нуждае от вещество, а във вакуума няма частици.

4. От какво зависи тембърът на звука?

   • само от амплитудата
   • от обертоновете в звука
   • само от скоростта на звука
   • от температурата на въздуха

   Отговор: От обертоновете (допълнителните хармонични трептения)

   Затова един и същ тон звучи различно на пиано и на цигулка.

5. От какво зависи височината на тона?

   • От амплитудата
   • От честотата на трептене
   • От скоростта на звука
   • От разстоянието до източника

   Отговор: От честотата на трептене

   Колкото по-голяма е честотата, толкова по-висок е тонът.

6. В коя среда звукът се разпространява най-бързо?

   • В стомана
   • Във вода
   • Във въздух
   • Във вакуум

   Отговор: В стомана

   В твърдите тела частиците са силно свързани; в стоманата звукът е около 5000 m/s.

7. Нивото на интензитета на звук се увеличава с 10 dB. Колко пъти нараства интензитетът?

   • 2 пъти
   • 100 пъти
   • 10 пъти
   • 20 пъти

   Отговор: 10 пъти

   Всеки 10 dB съответстват на 10 пъти по-голям интензитет.

8. От какво зависи главно силата (гръмкостта) на звука?

   • От честотата
   • Само от тембъра
   • От формата на ухото
   • От амплитудата на трептене

   Отговор: От амплитудата на трептене

   По-голямата амплитуда означава по-голям интензитет и по-силен звук.

9. Ухото различава два звука, ако между тях има поне 0,1 s. На какво най-малко разстояние трябва да е препятствието, за да чуем ехо? (v = 340 m/s)

   • 34 m
   • 340 m
   • 3,4 m
   • 17 m

   Отговор: 17 m

   За 0,1 s звукът изминава 34 m до препятствието и обратно, затова разстоянието е 17 m.

10. Каква е дължината на вълната на звук с честота 680 Hz във въздух? (v = 340 m/s)

    • 2 m
    • 1 m
    • 0,25 m
    • 0,5 m

    Отговор: 0,5 m

    λ = v : ν = 340 : 680 = 0,5 m.

11. Гърмът се чува 3 s след проблясването на мълнията. На какво разстояние е мълнията? (v = 340 m/s)

    • 1020 m
    • 113 m
    • 340 m
    • 3400 m

    Отговор: 1020 m

    Светлината пристига практически мигновено, затова s = vt = 340 · 3 = 1020 m.

12. Защо камертон, поставен на дървена кутия, звучи по-силно?

    • Кутията увеличава честотата му
    • Кутията резонира и излъчва звука по-ефективно
    • Дървото е по-тежко
    • Кутията поглъща звука

    Отговор: Кутията резонира и излъчва звука по-ефективно

    Кутията е настроена в резонанс с камертона и голямата ѝ повърхност излъчва повече звукова енергия.

13. Ехолот изпраща сигнал към дъното и го приема след 0,4 s. Колко е дълбочината? (v = 1500 m/s)

    • 300 m
    • 600 m
    • 150 m
    • 3750 m

    Отговор: 300 m

    Сигналът изминава 1500 · 0,4 = 600 m до дъното и обратно, затова h = 600 : 2 = 300 m.

14. Звук преминава от въздух във вода. Коя величина се запазва?

    • Скоростта
    • Дължината на вълната
    • Честотата
    • Всички се изменят

    Отговор: Честотата

    Честотата се определя от източника и не се изменя. Скоростта във водата е по-голяма, затова расте и дължината на вълната.

15. Звук с честота 440 Hz преминава от въздух във вода (v = 1500 m/s). Каква е дължината на вълната във водата?

    • 0,77 m
    • 1,1 m
    • 3,4 m
    • 6,6 m

    Отговор: 3,4 m

    Честотата се запазва: λ = v/ν = 1500/440 ≈ 3,4 m.

Инфра- и ултразвук

1. Как се наричат звуците с честота над 20 000 Hz?

   • Инфразвук
   • Ултразвук
   • Шум
   • Ехо

   Отговор: Ултразвук

   Човешкото ухо не чува ултразвука.

2. Какъв е приблизително обхватът на честотите, които чува човек?

   • От 0 Hz до 20 Hz
   • От 20 000 Hz до 100 000 Hz
   • От 1 Hz до 100 Hz
   • От около 20 Hz до 20 000 Hz

   Отговор: От около 20 Hz до 20 000 Hz

   Под 20 Hz е инфразвук, а над 20 000 Hz е ултразвук.

3. Кои морски животни използват ултразвук за ориентиране?

   • Медузите
   • Делфините
   • Морските звезди
   • Мидите

   Отговор: Делфините

   Делфините излъчват ултразвукови сигнали и приемат отразените, т.е. използват ехолокация.

4. Как се наричат звуковите вълни с честота под 20 Hz?

   • Ултразвук
   • Хиперзвук
   • Инфразвук
   • Тон

   Отговор: Инфразвук

   Инфразвук се поражда при земетресения, бури и работа на големи машини.

5. Кои животни се ориентират в тъмното чрез ултразвук?

   • Кравите
   • Прилепите
   • Кокошките
   • Костенурките

   Отговор: Прилепите

   Прилепите издават ултразвук и по отразеното ехо определят препятствията и плячката.

6. Как се нарича уредът на корабите, който открива подводни обекти с ултразвук?

   • Радар
   • Барометър
   • Компас
   • Сонар

   Отговор: Сонар

   Сонарът изпраща ултразвук във водата и улавя отразените сигнали.

7. Кое е медицинско приложение на ултразвука?

   • Рентгенографията
   • Компютърната томография с рентгенови лъчи
   • Лечението с гама-лъчи
   • Ехографията

   Отговор: Ехографията

   Ултразвукът се отразява от границите на тъканите и така се получава образ.

8. Кое в природата е източник на инфразвук?

   • Песента на птиците
   • Жуженето на комари
   • Земетресенията и бурите
   • Шумоленето на листата

   Отговор: Земетресенията и бурите

   Мощни бавни процеси като земетресения, бури и вулкани пораждат трептения с честота под 20 Hz.

9. Кои големи животни общуват чрез инфразвук на големи разстояния?

   • Слоновете
   • Котките
   • Мишките
   • Пчелите

   Отговор: Слоновете

   Слоновете и китовете издават инфразвук, който се разпространява на километри.

10. Над какво ниво на шума продължителното излагане може да увреди слуха?

    • Около 85 dB
    • Около 20 dB
    • Около 40 dB
    • Около 0 dB

    Отговор: Около 85 dB

    Затова в шумна среда се използват антифони.

11. Защо ултразвукът се използва за откриване на скрити дефекти в метални детайли?

    • Отразява се от пукнатините и кухините в метала
    • Разтопява пукнатините
    • Оцветява дефектите
    • Не прониква в метала

    Отговор: Отразява се от пукнатините и кухините в метала

    Ултразвуковата вълна се отразява от границата между метала и въздуха в пукнатината и уредът регистрира ехото.

12. Как ултразвукът почиства бижута и детайли?

    • Нагрява ги до висока температура
    • Намагнитва замърсяванията
    • Силните трептения в течността откъсват замърсяванията
    • Изсушава ги

    Отговор: Силните трептения в течността откъсват замърсяванията

    В ултразвуковата вана интензивните трептения на течността отделят мръсотията от повърхността.

13. Кой е начин за защита от шума?

    • по-силна музика
    • шумозащитни стени и звукоизолиращи материали
    • отваряне на прозорците към улицата
    • стоене близо до източника

    Отговор: Шумозащитни стени, звукоизолация и антифони

    Материалите с пори поглъщат звука, а стените го отразяват.

14. Каква е дължината на вълната на ултразвук с честота 50 kHz във вода? (v = 1500 m/s)

    • 3 cm
    • 30 cm
    • 3 mm
    • 30 m

    Отговор: 3 cm

    λ = v/ν = 1500/50 000 = 0,03 m = 3 cm.

15. Защо прилепите използват звук с много висока честота?

    • Защото е по-силен
    • Късата дължина на вълната позволява да се откриват малки обекти като насекоми
    • Защото не се отразява
    • Защото се разпространява по-бързо

    Отговор: Късата дължина на вълната позволява да се откриват малки обекти като насекоми

    Вълни с дължина от няколко милиметра се отразяват добре от дребни насекоми.

Финален въпрос