Fislab
الرئيسية / الدروس / بنك أسئلة الصوت

🔊 بنك أسئلة الصوت

Sound Question Bank
⏱️ 30 دقيقة 📂 الموجات والصوت 🎯 15 سؤالًا + مسألتان

"العلم ليس سوى إعادة ترتيب لتفكيرك اليومي."

"أهم شيء هو ألا تتوقف عن السؤال."

"الخيال أكثر أهمية من المعرفة، فهو يحيط بالعالم."

"إذا لم تستطع شرح فكرتك لطفل عمره أعوام فأنت نفسك لم تفهمها بعد."

"Science is simply a re-ordering of your everyday thinking."

"The most important thing is to never stop questioning."

"Imagination is more important than knowledge; it encircles the world."

"If you can't explain your idea to a child, you haven't understood it well enough."

[1 ★]
كيف تتغير سرعة الصوت في الهواء مع تغير درجة الحرارة؟How does the speed of sound in air change with temperature?
تزداد مع انخفاض درجة الحرارةIt increases when temperature decreases
تزداد مع ارتفاع درجة الحرارةIt increases when temperature increases
تتناقص مع ارتفاع درجة الحرارةIt decreases when temperature increases
لا تتأثر بدرجة الحرارةIt is not affected by temperature
الحلSolution
📌 الخطوة 1: سرعة الصوت في الهواء تعتمد على درجة الحرارة وفق العلاقة: \(v\propto\sqrt{T}\)
📌 الخطوة 2: عندما ترتفع درجة الحرارة، تزداد سرعة جزيئات الهواء، وبالتالي تزداد سرعة انتقال الصوت.
📌 الخطوة 3: العلاقة طردية: كلما زادت درجة الحرارة، زادت سرعة الصوت.
✅ الإجابة الصحيحة هي: B (تزداد مع ارتفاع درجة الحرارة)
📌 Step 1: Speed of sound in air depends on temperature: \(v\propto\sqrt{T}\)
📌 Step 2: When temperature increases, air molecules move faster, so sound speed increases.
📌 Step 3: Direct relationship: as temperature increases, sound speed increases.
✅ Correct answer: B (It increases when temperature increases)
[2 ★]
أين تكون سرعة الصوت أكبر؟Where is the speed of sound the greatest?
في الفراغIn vacuum
في الوسط الغازيIn gases
في الوسط السائلIn liquids
في الوسط الصلبIn solids
الحلSolution
📌 الخطوة 1: سرعة الصوت تعتمد على خصائص الوسط الذي ينتقل فيه (المرونة والكثافة).
📌 الخطوة 2: في الأجسام الصلبة، تكون الجزيئات متراصة بشكل كبير، مما يسهّل انتقال الاهتزازات.
📌 الخطوة 3: ترتيب سرعة الصوت من الأكبر إلى الأصغر: الصلب > السائل > الغاز. ولا ينتقل في الفراغ.
✅ الإجابة الصحيحة هي: D (في الوسط الصلب)
📌 Step 1: Sound speed depends on the medium's properties (elasticity and density).
📌 Step 2: In solids, molecules are tightly packed, making vibration transmission easier.
📌 Step 3: Speed order (fastest to slowest): solids > liquids > gases. Sound does not travel in vacuum.
✅ Correct answer: D (In solids)
[3 ★]
أي من الخصائص التالية تحدد درجة الصوت (نغمة الصوت)؟Which property determines the pitch (tone) of a sound?
السعةAmplitude
الترددFrequency
الشدةIntensity
الطورPhase
الحلSolution
📌 الخطوة 1: درجة الصوت (النغمة) هي الخاصية التي تجعل الصوت مرتفعًا أو منخفضًا.
📌 الخطوة 2: التردد هو عدد الاهتزازات في الثانية الواحدة، ويُقاس بوحدة الهرتز (Hz).
📌 الخطوة 3: كلما زاد التردد، زادت حدّة الصوت (نغمة أعلى). السعة تحدد شدّة الصوت، وليس النغمة.
✅ الإجابة الصحيحة هي: B (التردد)
📌 Step 1: Pitch is the property that makes a sound high or low.
📌 Step 2: Frequency is the number of vibrations per second, measured in Hertz (Hz).
📌 Step 3: Higher frequency → higher pitch. Amplitude determines loudness, not pitch.
✅ Correct answer: B (Frequency)
[4 ★]
ما الذي يحدد شدة الصوت؟What determines the loudness (intensity) of sound?
تردد الموجةWave frequency
سرعة الموجةWave speed
طول الموجةWavelength
سعة الموجةWave amplitude
الحلSolution
📌 الخطوة 1: شدة الصوت (الجهارة) هي مدى ارتفاع أو انخفاض الصوت الذي نسمعه.
📌 الخطوة 2: السعة هي أقصى إزاحة للجزيئات عن موضع سكونها. كلما زادت السعة، زادت الطاقة المنقولة.
📌 الخطوة 3: العلاقة طردية: كلما زادت سعة الموجة، زادت شدة الصوت.
✅ الإجابة الصحيحة هي: D (سعة الموجة)
📌 Step 1: Loudness (intensity) is how loud or soft a sound is perceived.
📌 Step 2: Amplitude is the maximum displacement from equilibrium. Larger amplitude = more energy.
📌 Step 3: Direct relationship: larger amplitude = louder sound.
✅ Correct answer: D (Wave amplitude)
[5 ★]
ما هو تأثير دوبلر؟What is the Doppler effect?
تداخل موجتين صوتيتين لهما نفس الترددInterference of two sound waves with the same frequency
تغيّر سرعة الصوت مع تغيّر الوسطChange of sound speed when the medium changes
انعكاس الموجات الصوتية عند حواجز صلبةReflection of sound waves from solid barriers
تغيّر التردد الملحوظ بسبب الحركة النسبية بين المصدر والمراقبChange in observed frequency due to relative motion between source and observer
الحلSolution
📌 الخطوة 1: تأثير دوبلر هو تغيّر في التردد الظاهري للصوت عندما يكون المصدر والمراقب في حركة نسبية.
📌 الخطوة 2: عندما يقترب المصدر من المراقب، يزداد التردد الظاهري (يبدو الصوت أعلى).
📌 الخطوة 3: عندما يبتعد المصدر عن المراقب، يقل التردد الظاهري (يبدو الصوت أخفض).
✅ الإجابة الصحيحة هي: D (تغيّر التردد الملحوظ بسبب الحركة النسبية)
📌 Step 1: The Doppler effect is a change in the apparent frequency when source and observer are in relative motion.
📌 Step 2: When the source approaches the observer, the apparent frequency increases (sound seems higher).
📌 Step 3: When the source moves away, the apparent frequency decreases (sound seems lower).
✅ Correct answer: D (Change in observed frequency due to relative motion)
[6 ★]
ما هو الشرط الأساسي لتشكّل الموجات الواقفة في عمود هواء؟What is the main condition for forming standing waves in an air column?
أن يكون طول الأنبوب مساويًا لطول موجة الصوتThe tube length must equal the sound wavelength
أن تكون سرعة الصوت في الهواء ثابتةThe speed of sound in air must be constant
أن يتناسب طول الأنبوب مع نصف طول الموجة أو مضاعفاتهTube length must match half-wavelength (or multiples)
أن يكون تردد الصوت مساويًا لتردد الرنين للأنبوبThe sound frequency must equal the tube's resonant frequency
الحلSolution
📌 الخطوة 1: الموجات الواقفة في عمود هواء تتشكّل عندما ينعكس الصوت عند نهايات العمود.
📌 الخطوة 2: الشرط الأساسي هو أن يكون تردد المصدر مساويًا لتردد الرنين الطبيعي للعمود (تحدده أبعاد الأنبوب وطبيعة طرفيه).
📌 الخطوة 3: عند الرنين، تتداخل الموجة الساقطة والموجة المنعكسة لتكوين موجة واقفة.
✅ الإجابة الصحيحة هي: D (أن يكون تردد الصوت مساويًا لتردد الرنين)
📌 Step 1: Standing waves in an air column form when sound reflects at the tube ends.
📌 Step 2: The main condition: the source frequency must equal the tube's natural resonance frequency (set by the tube's length and end conditions).
📌 Step 3: At resonance, the incident and reflected waves interfere to form a standing wave.
✅ Correct answer: D (Sound frequency equals the tube's resonant frequency)
[7 ★]
في الأنبوب المفتوح من الطرفين، كم عدد العُقد التي تتشكّل عند التردد الأساسي؟In an open-open tube, how many nodes form at the fundamental frequency?
1
2
3
4
الحلSolution
📌 الخطوة 1: الأنبوب المفتوح من الطرفين له بطنان عند طرفيه (أقصى إزاحة).
📌 الخطوة 2: التردد الأساسي هو أقل تردد للرنين، حيث تتشكّل نصف موجة واحدة داخل الأنبوب.
📌 الخطوة 3: عدد العُقد = عدد البطون − 1. العقدة هي نقطة السكون (صفر إزاحة).
✅ الإجابة الصحيحة هي: A (عقدة واحدة)
📌 Step 1: An open-open tube has antinodes at both ends (maximum displacement).
📌 Step 2: The fundamental frequency is the lowest resonance, with half a wavelength inside the tube.
📌 Step 3: Number of nodes = number of antinodes − 1. A node is a point of zero displacement.
✅ Correct answer: A (1 node)
[8 ★]
ما هو التردد الأساسي لأنبوب مغلق من أحد طرفيه طوله 1 متر إذا كانت سرعة الصوت \(v=340\;m/s\)؟What is the fundamental frequency of a closed-end tube of length 1 m, if \(v=340\;m/s\)?
\(f=170\;Hz\)
\(f=85\;Hz\)
\(f=255\;Hz\)
\(f=340\;Hz\)
الحلSolution
📌 الخطوة 1: قانون التردد الأساسي للأنبوب المغلق من طرف واحد: \(f_1=\dfrac{v}{4L}\)
📌 الخطوة 2: تعويض القيم: \(v=340\;m/s\) و \(L=1\;m\)
📌 الخطوة 3: \(f_1=\dfrac{340}{4\times1}=\dfrac{340}{4}=85\;Hz\)
✅ الإجابة الصحيحة هي: B (\(f=85\;Hz\))
📌 Step 1: Fundamental frequency for a closed-end tube: \(f_1=\dfrac{v}{4L}\)
📌 Step 2: Substitute: \(v=340\;m/s\), \(L=1\;m\)
📌 Step 3: \(f_1=\dfrac{340}{4\times1}=\dfrac{340}{4}=85\;Hz\)
✅ Correct answer: B (\(f=85\;Hz\))
[9 ★]
إذا كان طول الأنبوب المفتوح من الطرفين 0.5 متر، فما هو طول موجة التردد الأساسي؟ إذا كانت \(v=340\;m/s\)If an open-open tube has length 0.5 m, what is the wavelength of the fundamental? Given \(v=340\;m/s\)
\(\lambda=0.5\;m\)
\(\lambda=1\;m\)
\(\lambda=1.5\;m\)
\(\lambda=2\;m\)
الحلSolution
📌 الخطوة 1: في الأنبوب المفتوح من الطرفين، التردد الأساسي يتوافق مع \(\lambda=2L\)
📌 الخطوة 2: تعويض طول الأنبوب: \(L=0.5\;m\)
📌 الخطوة 3: \(\lambda=2\times0.5=1\;m\)
✅ الإجابة الصحيحة هي: B (\(\lambda=1\;m\))
📌 Step 1: For an open-open tube, the fundamental corresponds to \(\lambda=2L\)
📌 Step 2: Substitute the tube length: \(L=0.5\;m\)
📌 Step 3: \(\lambda=2\times0.5=1\;m\)
✅ Correct answer: B (\(\lambda=1\;m\))
[10 ★★]
في بداية عزف سنفونية كان مستوى شدة الصوت \(10\;dB\) ارتفع إلى \(70\;dB\)، فإن مستوى الضغط يكون قد ارتفع بمقدارAt the start of a symphony, the sound level was \(10\;dB\). It increased to \(70\;dB\). By what factor did the sound pressure level increase?
1000 مرة1000 times
60 مرة60 times
6 مرات6 times
100000 مرة100000 times
الحلSolution
📌 الخطوة 1: مستوى شدة الصوت بالديسيبل: \(\beta=10\log_{10}\left(\dfrac{I}{I_0}\right)\)
📌 الخطوة 2: الفرق في مستوى الصوت: \(\Delta\beta=\beta_2-\beta_1=70-10=60\;dB\)
📌 الخطوة 3: العلاقة بين شدة الصوت والضغط: \(I\propto P^2\)، حيث P هو ضغط الصوت.
📌 الخطوة 4: \(\dfrac{I_2}{I_1}=10^{\Delta\beta/10}=10^6\)، وبما أن \(I\propto P^2\)، فإن \(\dfrac{P_2}{P_1}=\sqrt{10^6}=1000\)
✅ الإجابة الصحيحة هي: A (1000 مرة)
📌 Step 1: Sound level in decibels: \(\beta=10\log_{10}\left(\dfrac{I}{I_0}\right)\)
📌 Step 2: Difference in sound level: \(\Delta\beta=\beta_2-\beta_1=70-10=60\;dB\)
📌 Step 3: Relationship between intensity and pressure: \(I\propto P^2\)
📌 Step 4: \(\dfrac{I_2}{I_1}=10^{\Delta\beta/10}=10^6\), and since \(I\propto P^2\), \(\dfrac{P_2}{P_1}=\sqrt{10^6}=1000\)
✅ Correct answer: A (1000 times)
[11 ★★★]
سيارة إسعاف تصدر صوتًا ترددُه \(250\;Hz\) وتتحرك بسرعة \(40\;m/s\) في هواء ساكن. سرعة الصوت \(344\;m/s\). ما التردد الذي يلاحظه شخص داخل سيارة خلف الإسعاف وتتحرك بنفس الاتجاه بسرعة \(20\;m/s\)؟An ambulance emits a sound of frequency \(250\;Hz\) and moves at \(40\;m/s\) in still air. The speed of sound is \(344\;m/s\). What frequency is observed by a person in a car moving behind it in the same direction at \(20\;m/s\)?
\(f_d=211\;Hz\)
\(f_d=200\;Hz\)
\(f_d=250\;Hz\)
\(f_d=237\;Hz\)
الحلSolution
📌 الخطوة 1: قانون دوبلر العام: \(f_d=f_s\cdot\dfrac{v+v_o}{v+v_s}\)، حيث \(v_o\) موجبة إذا اقترب المراقب من المصدر، و\(v_s\) موجبة إذا ابتعد المصدر عن المراقب.
📌 الخطوة 2: المصدر (الإسعاف) أسرع من المراقب ويتحرك في نفس اتجاهه، أي يبتعد عنه صافيًا: \(v_s=+40\;m/s\).
📌 الخطوة 3: المراقب يتحرك في اتجاه الإسعاف (خلفه، ملاحقًا إياه)، أي يقترب من جهة المصدر: \(v_o=+20\;m/s\).
📌 الخطوة 4: \(f_d=250\times\dfrac{344+20}{344+40}=250\times\dfrac{364}{384}\approx237\;Hz\)
📌 ملاحظة: خطأ شائع هو اعتبار المراقب "مبتعدًا" لأنه أبطأ من المصدر واستخدام \(v_o=-20\)؛ لكن المراقب يتحرك فعليًا نحو جهة المصدر (يُقلّص المسافة بمعدل 20 م/ث لولا سرعة المصدر الأكبر)، فالإشارة الصحيحة موجبة. التحقق المباشر بعدّ الموجات يؤكد \(f_d\approx237\;Hz\)، وهي أيضًا متّسقة مع السؤال التالي.
✅ الإجابة الصحيحة هي: D (\(f_d\approx237\;Hz\))
📌 Step 1: General Doppler formula: \(f_d=f_s\cdot\dfrac{v+v_o}{v+v_s}\), where \(v_o\) is positive if the observer approaches the source, and \(v_s\) is positive if the source recedes from the observer.
📌 Step 2: The source (ambulance) is faster than the observer and moves in the same direction, so it is net receding from the observer: \(v_s=+40\;m/s\).
📌 Step 3: The observer moves toward the source's side (chasing it from behind), so it is approaching along the line: \(v_o=+20\;m/s\).
📌 Step 4: \(f_d=250\times\dfrac{344+20}{344+40}=250\times\dfrac{364}{384}\approx237\;Hz\)
📌 Note: A common mistake is treating the observer as 'receding' (since it's slower than the source) and using \(v_o=-20\); but the observer is actually moving toward the source's side (closing the gap at 20 m/s, only outpaced by the source's own motion), so the sign is positive. A direct wavefront-counting derivation confirms \(f_d\approx237\;Hz\), consistent with the next question.
✅ Correct answer: D (\(f_d\approx237\;Hz\))
[12 ★★]
سيارة إسعاف تصدر صوتًا بتردد معيّن، وهناك سيارة حمراء وسيارة سوداء ورجل يقف على جانب الطريق. سرعة واتجاه كل سيارة موجودة على الشكل. رتّب درجة الصوت من الأعلى إلى الأدنى الذي يسمعه كل من: سائق سيارة الإسعاف، وسائق السيارة الحمراء، والسيارة السوداء، والرجل.An ambulance emits a sound of some frequency. There is a red car, a black car, and a man standing by the roadside. The speed and direction of each are shown in the figure. Rank the observed pitch (highest to lowest) heard by: the ambulance driver, the red car driver, the black car, and the man.
\(f_A>f_C>f_D>f_B\)
\(f_C>f_D>f_A>f_B\)
\(f_D>f_C>f_B>f_A\)
\(f_C>f_A>f_B>f_D\)
الحلSolution
📌 الخطوة 1: تأثير دوبلر: كلما اقترب المصدر من المراقب أو اقترب المراقب من المصدر، ارتفع التردد الملحوظ (نغمة أعلى).
📌 الخطوة 2: السيارة الحمراء (C) والإسعاف يقتربان من بعضهما (كلاهما متجهان نحو الآخر)، فهذا أقوى تأثير رفع للتردد: أعلى نغمة.
📌 الخطوة 3: الرجل (D) ثابت، لكن الإسعاف يقترب منه، فيسمع تردداً مرتفعاً (أقل من C لأن C يضيف اقتراب المراقب أيضًا).
📌 الخطوة 4: سائق الإسعاف (A) لا فرق نسبيًا بينه وبين مصدر الصوت، فيسمع التردد الأصلي دون تغيّر.
📌 الخطوة 5: السيارة السوداء (B) خلف الإسعاف بسرعة أقل منه في نفس الاتجاه، أي يبتعد عنها الإسعاف صافيًا، فتسمع أدنى تردد.
✅ الإجابة الصحيحة هي: B (\(f_C>f_D>f_A>f_B\))
📌 Step 1: Doppler effect: the more the source and observer approach each other, the higher the observed frequency.
📌 Step 2: The red car (C) and the ambulance are approaching each other (both heading toward one another) — the strongest frequency increase: highest pitch.
📌 Step 3: The man (D) is stationary, but the ambulance approaches him, so he hears a raised frequency (lower than C, since C also adds the observer's own approach).
📌 Step 4: The ambulance driver (A) has no relative motion with respect to the source, so hears the original frequency unchanged.
📌 Step 5: The black car (B) is behind the ambulance, moving slower in the same direction, so the ambulance is net receding from it — lowest observed frequency.
✅ Correct answer: B (\(f_C>f_D>f_A>f_B\))
[13 ★★]
أنبوب مغلق أحد الأطراف تم الحصول على التردد الأساسي لموجة رنين فكانت \(f_1=200\;Hz\). أحد الترددات التالية لا يمكن أن تكون موجة رنين لهذا الأنبوب:A tube closed at one end has a fundamental resonance frequency \(f_1=200\;Hz\). Which of the following frequencies cannot be a resonance for this tube?
\(f=200\;Hz\)
\(f=400\;Hz\)
\(f=1400\;Hz\)
\(f=600\;Hz\)
الحلSolution
📌 الخطوة 1: الأنبوب المغلق من طرف واحد له ترددات رنين فردية المضاعفات فقط: \(f_n=(2n-1)f_1\)
📌 الخطوة 2: بما أن \(f_1=200\;Hz\)، فإن الترددات المسموحة: \(200,\;600,\;1000,\;1400,\ldots\)
📌 الخطوة 3: التردد \(400\;Hz\) ليس من المضاعفات الفردية لـ \(200\;Hz\) (هو مضاعف زوجي)، لذا لا يمكن أن يكون رنينًا.
✅ الإجابة الصحيحة هي: B (\(f=400\;Hz\))
📌 Step 1: A closed-end tube has only odd-harmonic resonances: \(f_n=(2n-1)f_1\)
📌 Step 2: Since \(f_1=200\;Hz\), allowed frequencies are: \(200,\;600,\;1000,\;1400,\ldots\)
📌 Step 3: \(400\;Hz\) is not an odd multiple of \(200\;Hz\) (it's an even multiple), so it cannot be a resonance.
✅ Correct answer: B (\(f=400\;Hz\))
[14 ★]
يُصدر أنبوب مغلق من أحد طرفيه نغمة أساسية ترددها \(f_0=210\;Hz\). إذا أصبح نفس الأنبوب مفتوحًا من الطرفين، فما التردد الأساسي الجديد؟A tube closed at one end has a fundamental frequency \(f_0=210\;Hz\). If the same tube becomes open at both ends, what is the new fundamental frequency?
\(f_1=105\;Hz\)
\(f_1=210\;Hz\)
\(f_1=420\;Hz\)
\(f_1=630\;Hz\)
الحلSolution
📌 الخطوة 1: الأنبوب المغلق: \(f_{closed}=\dfrac{v}{4L}\)، والأنبوب المفتوح (نفس الطول L): \(f_{open}=\dfrac{v}{2L}\)
📌 الخطوة 2: العلاقة بينهما: \(f_{open}=2\times f_{closed}\)
📌 الخطوة 3: \(f_{open}=2\times210=420\;Hz\)
✅ الإجابة الصحيحة هي: C (\(f=420\;Hz\))
📌 Step 1: Closed tube: \(f_{closed}=\dfrac{v}{4L}\); open tube (same length L): \(f_{open}=\dfrac{v}{2L}\)
📌 Step 2: Relationship: \(f_{open}=2\times f_{closed}\)
📌 Step 3: \(f_{open}=2\times210=420\;Hz\)
✅ Correct answer: C (\(f=420\;Hz\))
[15 ★★]
أنبوب مغلق أحد الأطراف وُضع أمامه شوكة رنانة وتم الحصول على أمواج واقفة. تم تسخين الهواء داخل الأنبوب، ولوحظ أنه عند درجة معيّنة تم الحصول على موجة واقفة أخرى. أي العبارات التالية صحيحة؟A tube closed at one end is excited by a tuning fork producing standing waves. The air inside the tube is heated, and at a certain temperature another standing wave forms. Which statement is correct?
السرعة تقل – التردد يزداد – طول الموجة يقلSpeed decreases – frequency increases – wavelength decreases
السرعة تزداد – التردد ثابت – طول الموجة يزدادSpeed increases – frequency stays constant – wavelength increases
السرعة تقل – التردد ثابت – طول الموجة يزدادSpeed decreases – frequency stays constant – wavelength increases
السرعة تزداد – التردد يقل – طول الموجة يقلSpeed increases – frequency decreases – wavelength decreases
الحلSolution
📌 الخطوة 1: تسخين الهواء يزيد من سرعة الصوت: \(v\propto\sqrt{T}\)
📌 الخطوة 2: التردد يبقى ثابتًا لأنه محدَّد بواسطة الشوكة الرنانة (مصدر الصوت)، وليس بخصائص الوسط.
📌 الخطوة 3: بما أن \(v=f\cdot\lambda\) و f ثابت، فإن زيادة v تؤدي إلى زيادة \(\lambda\).
✅ الإجابة الصحيحة هي: B (السرعة تزداد – التردد ثابت – طول الموجة يزداد)
📌 Step 1: Heating the air increases the speed of sound: \(v\propto\sqrt{T}\)
📌 Step 2: The frequency stays constant because it is set by the tuning fork (the source), not by the medium.
📌 Step 3: Since \(v=f\cdot\lambda\) and f is constant, increasing v increases \(\lambda\).
✅ Correct answer: B (Speed increases – frequency constant – wavelength increases)

حل المسائل التالية

Solve the Following Problems

1
أنبوب مفتوح الطرفين طوله \(0.6\;m\)، وُضعت أمامه شوكة رنانة فتشكّلت موجة واقفة تحتوي على ثلاث عُقد وأربع بطون. إذا عُلم أن سرعة الصوت \(v=340\;m/s\).An open-open tube of length \(0.6\;m\) is driven by a tuning fork and forms a standing wave with three nodes and four antinodes. Given \(v=340\;m/s\).

احسب طول الموجة الموقوفةCalculate the standing-wave wavelength

احسب تردد الموجة الموقوفةCalculate the standing-wave frequency

احسب التردد الأساسيCalculate the fundamental frequency

الحلSolution
📌 الخطوة 1: الأنبوب المفتوح من الطرفين له 3 عُقد و4 بطون؛ هذا يعني أن عدد أنصاف الأطوال الموجية داخل الأنبوب = 3 (التوافقي الثالث).
📌 الخطوة 2: طول الأنبوب \(L=3\times\dfrac{\lambda}{2}\)، إذن \(\lambda=\dfrac{2L}{3}=\dfrac{2\times0.6}{3}=0.4\;m\)
📌 الخطوة 3: التردد \(f=\dfrac{v}{\lambda}=\dfrac{340}{0.4}=850\;Hz\)
📌 الخطوة 4: التردد الأساسي \(f_1=\dfrac{v}{2L}=\dfrac{340}{2\times0.6}=\dfrac{340}{1.2}\approx283.33\;Hz\) (ويمكن التحقق: \(f=3\times f_1=3\times283.33\approx850\;Hz\) ✓)
✅ الإجابات: \(\lambda=0.4\;m\)، \(f=850\;Hz\)، \(f_1\approx283.33\;Hz\)
📌 Step 1: An open-open tube with 3 nodes and 4 antinodes means 3 half-wavelengths fit inside the tube (third harmonic).
📌 Step 2: Tube length \(L=3\times\dfrac{\lambda}{2}\), so \(\lambda=\dfrac{2L}{3}=\dfrac{2\times0.6}{3}=0.4\;m\)
📌 Step 3: Frequency \(f=\dfrac{v}{\lambda}=\dfrac{340}{0.4}=850\;Hz\)
📌 Step 4: Fundamental \(f_1=\dfrac{v}{2L}=\dfrac{340}{2\times0.6}=\dfrac{340}{1.2}\approx283.33\;Hz\) (check: \(f=3\times f_1\approx850\;Hz\) ✓)
✅ Answers: \(\lambda=0.4\;m\), \(f=850\;Hz\), \(f_1\approx283.33\;Hz\)
2
أنبوب مغلق أحد الأطراف طوله \(0.5\;m\) وُضعت أمامه شوكة رنانة فتشكّلت موجة واقفة تحتوي على ثلاث عُقد وثلاث بطون. إذا عُلم أن \(v=340\;m/s\).A tube closed at one end has length \(0.5\;m\). A tuning fork produces a standing wave with three nodes and three antinodes. Given \(v=340\;m/s\).

احسب طول الموجة الموقوفةCalculate the standing-wave wavelength

احسب تردد الموجة الموقوفةCalculate the standing-wave frequency

احسب التردد الأساسيCalculate the fundamental frequency

الحلSolution
📌 الخطوة 1: الأنبوب المغلق من طرف واحد يُنتج دائمًا عددًا متساويًا من العُقد والبطون لكل توافقي (على عكس الأنبوب المفتوح): 3 عُقد و3 بطون تقابل التوافقي \(2n-1=5\) (أي n=3).
📌 الخطوة 2: قانون الأنبوب المغلق: \(L=(2n-1)\times\dfrac{\lambda}{4}\)، وهنا \(2n-1=5\)، إذن \(L=5\times\dfrac{\lambda}{4}\)
📌 الخطوة 3: \(\lambda=\dfrac{4L}{5}=\dfrac{4\times0.5}{5}=\dfrac{2}{5}=0.4\;m\)
📌 الخطوة 4: التردد \(f=\dfrac{v}{\lambda}=\dfrac{340}{0.4}=850\;Hz\)
📌 الخطوة 5: التردد الأساسي \(f_1=\dfrac{v}{4L}=\dfrac{340}{4\times0.5}=\dfrac{340}{2}=170\;Hz\) (تحقّق: \(f=5\times f_1=5\times170=850\;Hz\) ✓)
✅ الإجابات: \(\lambda=0.4\;m\)، \(f=850\;Hz\)، \(f_1=170\;Hz\)
📌 Step 1: A closed-end tube always has an EQUAL number of nodes and antinodes for each harmonic (unlike an open-open tube): 3 nodes and 3 antinodes correspond to harmonic \(2n-1=5\) (i.e. n=3).
📌 Step 2: Closed-tube condition: \(L=(2n-1)\times\dfrac{\lambda}{4}\), and here \(2n-1=5\), so \(L=5\times\dfrac{\lambda}{4}\)
📌 Step 3: \(\lambda=\dfrac{4L}{5}=\dfrac{4\times0.5}{5}=\dfrac{2}{5}=0.4\;m\)
📌 Step 4: Frequency \(f=\dfrac{v}{\lambda}=\dfrac{340}{0.4}=850\;Hz\)
📌 Step 5: Fundamental \(f_1=\dfrac{v}{4L}=\dfrac{340}{4\times0.5}=\dfrac{340}{2}=170\;Hz\) (check: \(f=5\times f_1=850\;Hz\) ✓)
✅ Answers: \(\lambda=0.4\;m\), \(f=850\;Hz\), \(f_1=170\;Hz\)