Temat

Prędkość dźwięku w różnych ośrodkach

Etap edukacyjny

Drugi

Podstawa programowa

VIII. Ruch drgający i fale. Uczeń:

4) posługuje się pojęciem prędkości rozchodzenia się fali.

Czas

45 minut

Ogólny cel kształcenia

Porównanie ze sobą prędkości rozchodzenia się fal w różnych ośrodkach.

Kształtowane kompetencje kluczowe

1. Porównuje prędkości rozchodzenia się fal w różnych ośrodkach.

2. Wskazuje zależność prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu od temperatury.

3. Posługuje się pojęciem prędkości fali w ośrodku przy rozwiązywaniu zadań.

Cele (szczegółowe) operacyjne

Uczeń:

- posługuje się pojęciem prędkości fali w ośrodku w rozwiązywaniu zadań.

Metody kształcenia

1. Odwrócona klasa.

2. Wykład problemowy.

Formy pracy

1. Praca indywidualna.

2. Praca grupowa.

Etapy lekcji

Wprowadzenie do lekcji

Odpowiedz na pytania wprowadzające:

1. Co to jest fala dźwiękowa?
2. Wymień podstawowe cechy opisujące dźwięk.
3. Co to jest fala poprzeczna?
4. Co to jest fala podłużna?
5. Od czego zależy prędkość rozchodzenia się fali?

1) Fala dźwiękowa to podłużna fala mechaniczna rozchodząca się w ośrodku sprężystym, wywołująca u ludzi efekt słyszenia.

2) Podstawowymi cechami dźwięku są:

- Barwa - umożliwiająca rozróżnienie dwóch dźwięków pochodzących z różnych źródeł o tej samej głośności i wysokości.

- Wysokość dźwięku - zależny od częstotliwości drgań ośrodka.

- Głośność - zależy od natężenia fali dźwiękowej.

3) Falą poprzeczną nazywamy falę, w której cząsteczki ośrodka drgają w  kierunku prostopadłym w porównaniu z kierunkiem rozchodzenia się fali.

4) Falą podłużną nazywamy falę, w której cząsteczki ośrodka drgają w kierunku zgodnym z kierunkiem rozchodzenia się fali.

5) O prędkości rozchodzenia się fali decyduje gęstość oraz właściwości sprężyste ośrodka, w którym ta fala się rozchodzi. Dodatkowo należy podkreślić, że fale podłużne w ciele stałym rozchodzą się około 1,5 razy szybciej niż fale poprzeczne.

Realizacja lekcji

Proszę przygotować odpowiedzi na następujące pytania.

1. Co to jest prędkość rozchodzenia się fali w ośrodku?
2. Od czego zależy prędkość dźwięku w powietrzu?
3. Porównaj ze sobą prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu przy różnych temperaturach?
4. Porównaj ze sobą prędkości rozchodzenia się fal mechanicznych w rożnych ośrodkach.

1. Co to jest prędkość rozchodzenia się fali w ośrodku?

Odpowiedź:
Prędkość dźwięku w określonym ośrodku to prędkość rozchodzenia się w nim podłużnego zaburzenia mechanicznego.

2. Od czego zależy prędkość dźwięku w powietrzu?

Odpowiedź:
Prędkość dźwięku w substancjach zależy od tempa przekazywania kolejnym cząsteczkom tej substancji energii drgań cząsteczek.
Dla małych natężeń dźwięku (zatem również małej amplitudy drgań) prędkość związana z ruchem drgającym jest znacznie mniejsza od prędkości ruchu cieplnego cząsteczek, dlatego prędkość dźwięku nie zależy od jego natężenia (z wyjątkiem natężeń bardzo dużych, np. przy wybuchu) ani od częstotliwości drgań.

3. Porównaj ze sobą prędkości rozchodzenia się dźwięku w powietrzu przy różnych temperaturach?

Odpowiedź:
Prędkość dźwięku przy różnych temperaturach powietrza.

[Tabela 1]

W powietrzu dźwięk rozchodzi się z różną prędkością w zależności od temperatury powietrza.

Kliknij w odpowiedni znacznik a uzyskasz informacje.

[Grafika interaktywna]

4. Porównaj ze sobą prędkości rozchodzenia się fal mechanicznych w rożnych ośrodkach.

Odpowiedź:
Prędkość rozchodzenia się dźwięku dla różnych ośrodków:

[Tabela 2]

Podsumowanie lekcji

Prędkość dźwięku w powietrzu (a także ogólnie - w gazach) wyraźnie zależy od temperatury. Im większa jest temperatura powietrza, tym szybciej poruszają się jego cząsteczki i tym większa jest prędkość dźwięku.

W typowych warunkach, jakie spotykamy na co dzień w atmosferze ziemskiej, zmiana temperatury powietrza o 10 stopni Celsjusza spowoduje zmianę prędkości dźwięku o ok. $5-6\frac{m}{s}$.

Prędkość dźwięku w ciałach stałych zależy w znacznym stopniu od naprężeń. Np. dzięki silniejszemu naciąganiu struny można uzyskać zwiększenie prędkości rozchodzenia się dźwięku, a w konsekwencji podwyższenie tonu jej drgań swobodnych (więcej na ten temat jest w rozdziale o drganiach struny).