12. I w muzyce jest fizyka. Sprawdzian wiedzy i umiejętności

Cały cykl podziel na cztery etapy i dla każdego z etapów napisz, jaki rodzaj energii rośnie, a jaki maleje, oraz w których momentach poszczególne rodzaje energii osiągają wartość zero, a w których wartość maksymalną.

Przyjmujemy, że poziom zerowy energii potencjalnej grawitacji ciężarka jest w położeniu równowagi. W sytuacji początkowej energia potencjalna ciężarka jest więc ujemna.
Etap 1:
Ciężarek wznosi się od maksymalnego wychylenia do położenia równowagi, przyśpiesza. Energia potencjalna sprężystości sprężyny maleje od maksymalnej wartości do zera. Energia potencjalna grawitacji ciężarka rośnie do zera, energia kinetyczna ciężarka rośnie od zera do maksymalnej wartości.
Etap 2:
Ciężarek wznosi się od położenia równowagi do maksymalnego wychylenia, zwalnia. Energia potencjalna sprężystości sprężyny rośnie od zera do maksymalnej wartości. Energia potencjalna grawitacji ciężarka rośnie od zera do maksymalnej wartości, a energia kinetyczna ciężarka maleje do zera.
Etap 3:
Ciężarek opada od maksymalnego wychylenia do położenia równowagi, przyśpiesza. Energia potencjalna sprężystości sprężyny maleje od maksymalnej wartości do zera. Energia potencjalna grawitacji ciężarka maleje do zera, a energia kinetyczna ciężarka rośnie od zera do maksymalnej wartości.
Etap 4:
Ciężarek opada od położenia równowagi do maksymalnego wychylenia, zwalnia. Energia potencjalna sprężystości sprężyny rośnie od zera do maksymalnej wartości. Energia potencjalna grawitacji ciężarka maleje do maksymalnej (ujemnej) wartości, a energia kinetyczna ciężarka maleje do zera,

Oblicz częstotliwość fali i porównaj z częstotliwością dźwięku słyszalnego przez człowieka.

Fala mechaniczna w powietrzu rozchodzi się poprzez lokalne zmiany ciśnienia, tak samo jak fala dźwiękowa, zatem możemy powiedzieć, że w istocie jest to fala dźwiękowa. Jej częstotliwość obliczymy ze wzoru $f=\frac{v}{\lambda }$, gdzie $v=340 \frac{\text{m}}{\text{s}}$ a $\lambda =10 \text{cm}$.
Zatem częstotliwość tej fali wynosi $f=\frac{340 {\displaystyle \frac{\text{m}}{\text{s}}}}{0,1 \text{m}}=3400 \text{Hz}$, czyli jesteśmy w stanie usłyszeć ten dźwięk.