1

Kopiereg voorbehou

FISIESE WETENSKAPPE GRAAD 12

FISIKA

Konsolidasie

DOPPLER EFFEK

SAAMGESTEL DEUR:

G. IZQUIERDO RODRIGUEZ

2020

NOORD KAAP DEPARTEMENT VAN ONDERWYS

2

Kopiereg voorbehou

FISIKA

DOPPLER EFFEK

DOPPLER EFFEK

Klank Lig

Teorie(DEFINISIE) Vergelykings Toepassings Rooi verskuiwing Blou verskuiwing

Die Doppler effek is die verandering in frekwensie (of toonhoogte) van klank wat waargeneem word deur die luisteraar omdat die klankbron en die luisteraar verskillende snelhede het relatief tot die medium vanwaar die klank voortbeweeg.

Die frekwensie wat die

waarnemer hoor is hoër as

die frekwensie van die

bron wanneer die bron

nader aan die waarnemer

beweeg en dit is laer

wanneer die bron verder

weg van die waarnemer

beweeg.

𝑓𝐿 = (𝑣 ± 𝑣𝐿

𝑣 ± 𝑣𝑠

) 𝑓𝑠

waar

𝑣 = 𝑓𝜆

Vir ‘n stilstaande luisteraar

𝑓𝐿 = (𝑣

𝑣 ± 𝑣𝑠

) 𝑓𝑠

Vir ‘n stilstaande bron

𝑓𝐿 = (𝑣 ± 𝑣𝐿

𝑣) 𝑓𝑠

Vir ‘n bewegende bron:

weg (v + 𝑣𝑠)

nader (v − vs)

Luisteraar beweeg:

nader (v + vL)

weg (v − vL)

Om die tempo

van bloedvloei te

bepaal (Doppler

skandering)

Om die beeld van

die ongebore

fetus waar te

neem (ultraklank

skandering)

Om te luister na die hartklop van die fetus (ultraklank skandering)

Indien die ligbron weg beweeg

van die waarnemer (positiewe

snelheid), dan is die

waargenome frekwensie laer

en die waargenome golflengte

is groter (rooi verskuiwing).

Rooi verskuiwing is ‘n bewys

dat die Heelal besig is om uit

te brei.

As die ligbron nader aan die

waarnemer beweeg (negatiewe

snelheid), is die waargenome

frekwensie hoër en die golflengte

is korter (blou verskuiwing).

3

Kopiereg voorbehou

VRAAG 1: MEERVOUDIGEKEUSE-VRAE

Vier opsies word as moontlike antwoorde op die volgende vrae gegee. Elke vraag het slegs EEN korrekte antwoord. Kies die antwoord en skryf slegs die letter (A–D) langs die vraagnommer (1.1–1.10) in die ANTWOORDEBOEK neer, byvoorbeeld 1.11 D.

1.1 Lig wat die Aarde bereik vanaf 'n sterrestelsel wat wegbeweeg, word na

... verskuif.

A

B C D

groter snelhede hoër frekwensies langer golflengtes korter golflengtes

(2) 1.2 Die diagram hieronder toon die posisies van twee stilstaande luisteraars, P en

Q, relatief tot 'n motor wat teen 'n konstante snelheid na luisteraar Q beweeg. Die toeter van die motor stel klank vry. Luisteraars P en Q en die bestuurder hoor almal die klank van die toeter.

Watter EEN van die volgende is 'n KORREKTE beskrywing van die frekwensie van die klank wat P en Q hoor in vergelyking met dit wat die bestuurder hoor?

FREKWENSIE VAN DIE KLANK WAT P HOOR

FREKWENSIE VAN DIE KLANK WAT Q HOOR

(2)

A Laer Hoër

B Hoër Hoër

C Laer Laer

D Hoër Laer

4

Kopiereg voorbehou

1.3 Die grafiek hieronder verteenwoordig die frekwensie van die sirene van ‘n

polisiekar wat waargeneem word deur ‘n stilstaande persoon langs die pad.

Watter EEN van die volgende beskryf die verandering in toonhoogte (frekwensie) waargeneem deur die persoon? Die polisiekar beweeg...

A

na die waarnemer teen konstante spoed en bereik hom by 4 s. Die kar stop dan sy beweging.

(2)

B

weg van die waarnemer teen konstante spoed. Die kar draai in die teenoorgestelde rigting by 4 s en beweeg na die waarnemer teen konstante spoed.

C na die waarnemer teen konstante spoed en beweeeg verby die waarnemer by 4 s. Die kar beweeg dan weg van die waarnemer teen dieselfde konstante spoed.

D weg van die waarnemer teen konstante spoed. Die kar verminder dan sy spoed 4 s.

f (Hz)

0 2 4 6 8 t (s)

fs

5

Kopiereg voorbehou

1.4 'n Ambulans nader 'n ongelukstoneel teen 'n konstante spoed van 22,67 m∙s-1. Die sirene van die ambulans stel klankgolwe teen 'n frekwensie van 980 Hz uit. 'n Stilstaande detektor op die toneel meet die frekwensie van die vrygestelde klankgolwe. Watter EEN van die volgende frekwensie-tydgrafieke toon die frekwensie gemeet op die detektor?

(2)

1.5 Die toeter van ‘n voertuig wat teen ‘n konstante spoed in die rigting van ‘n stilstaande waarnemer beweeg veroorsaak ‘n klankgolf met ‘n frekwensie van 400 Hz. Ignoreer die invloed van die wind. Watter EEN van die volgende frekwensies, in hertz sal die mees waarskynlike frekwensie wees wat deur die waarnemer gehoor word?

A

400

(2)

B 350

C 380

D 480

f (Hz)

t (s)

A

980

0

f (Hz)

t (s)

B

980

0

f (Hz)

t (s)

C

980

0

f (Hz)

t (s)

D

980

0

6

Kopiereg voorbehou

1.6 ‘n Luisteraar beweeg teen konstante snelheid na ‘n stilstaande klankbron. Die

frekwensie van die klank wat deur die luisteraar gehoor word is hoër as as die

frekwensie van die klank wat deur die bron uitgestraal word , want...

A Die golflengte waargeneem deur die luisteraar word korter.

(2)

B

Meer golffronte per sekonde bereik die luisteraar.

C

Die golflengte waargeneem deur die luisteraar word langer

D

Minder golffronte per sekonde bereik die luisteraar

1.7 Watter EEN van die stellings hieronder oor die Doppler-effek is KORREK?

A Die Doppler-effek kan gebruik word om die uitdyende heelal te verduidelik.

(2)

B Die Doppler-effek is slegs op klankgolwe van toepassing.

C 'n Stilstaande luisteraar hoor 'n laer toonhoogte van die klank van 'n sirene

van 'n naderende voertuig as gevolg van die Doppler-effek.

D Elektrone word vanaf 'n metaaloppervlak vrygestel deur middel van die Doppler-effek.

7

Kopiereg voorbehou

1.8 Die druk-teenoor-tydgrafiek hieronder stel 'n klankgolf in lug voor wat deur 'n

stilstaande bron uitgegee word.

Watter EEN van die volgende grafieke stel die klankgolf, soos waargeneem deur 'n stilstaande waarnemer indien die bron na die waarnemer toe beweeg, die beste voor?

(2)

8

Kopiereg voorbehou

1.9 Die golflengtes van lig wat deur 'n afgeleë ster uitgestraal word, lyk korter wanneer dit vanaf die Aarde waargeneem word. Hieruit kan ons aflei dat die ster ...

A na die Aarde toe beweeg en die lig blouverskuiwing ondergaan.

(2)

B na die Aarde toe beweeg en die lig rooiverskuiwing ondergaan.

C weg van die Aarde af beweeg en die lig rooiverskuiwing ondergaan.

D weg van die Aarde af beweeg en die lig blouverskuiwing ondergaan.

1.10 Die spektrum wat deur 'n bewegende asteroïde gelewer is, soos vanaf die Aarde waargeneem, dui aan dat die lig na die blou kant van die spektrum geskuif het. Watter EEN van die volgende frekwensiekombinasies van die waargenome lig en die afstand tussen die asteroïde en die Aarde is KORREK?

(2)

[20]

9

Kopiereg voorbehou

VRAAG 2 (DBE/November 2015)

2.1 Die data hieronder is verkry gedurende 'n ondersoek na die verwantskap

tussen die verskillende snelhede van 'n bewegende klankbron en die frekwensies wat deur 'n stilstaande luisteraar vir elke snelheid waargeneem is. Die effek van wind is in hierdie ondersoek geïgnoreer.

Eksperimentnommer 1 2 3 4

Snelheid van die klankbron (m∙s-1)

0 10 20 30

Frekwensie (Hz) van die klank wat deur die stilstaande luisteraar waargeneem is

900 874 850 827

2.1.1 Skryf die afhanklike veranderlike vir hierdie ondersoek neer. (1)

2.1.2 Stel die Doppler-effek in woorde. (2)

2.1.3 Het die klankbron NA of WEG VAN die luisteraar af beweeg? Gee

'n rede vir die antwoord.

(2) 2.1.4 Gebruik die inligting in die tabel om die spoed van klank gedurende

die ondersoek te bereken.

(5) 2.2 Die spektraallyne van 'n afgeleë ster word na die langer golflengtes van lig

verskuif. Beweeg die ster NA of WEG VAN die Aarde af?

(1) [11]

10

Kopiereg voorbehou

VRAAG 3 (DBE/Feb.–Mrt. 2016)

Weerkaatsing van klankgolwe stel vlermuise in staat om motte te jag. Die klankgolf wat 'n vlermuis voortbring, het 'n frekwensie van 222 kHz en 'n golflengte van 1,5 x 10-3 m.

3.1 Bereken die spoed van hierdie klankgolf deur die

lug. (3)

(3) 3.2 'n Stilstaande vlermuis stuur 'n klankgolf uit en ontvang dieselfde sein wat deur

'n bewegende mot teen 'n frekwensie van 230,3 KHz weerkaats word.

3.2.1 Beweeg die mot NA of WEG VAN die vlermuis? (1)

3.2.2 Bereken die grootte van die snelheid van die mot, as aanvaar word

dat die snelheid konstant is.

(6) [10]

VRAAG 4 (DBE/November 2016)

4.1 'n Ambulans beweeg teen 'n konstante snelheid van 30 m∙s-1 na 'n stilstaande

luisteraar toe. Die sirene van die ambulans stel klankgolwe met 'n golflengte van 0,28 m vry. Neem die spoed van klank in lug as 340 m∙s-1.

4.1.1 Stel die Doppler-effek in woorde. (2)

4.1.2 Bereken die frekwensie van die klankgolwe wat deur die sirene

voortgebring word soos dit deur die bestuurder van die ambulans gehoor word.

(3) 4.1.3 Bereken die frekwensie van die klankgolwe wat deur die sirene

voortgebring word soos dit deur die luisteraar gehoor word.

(5) 4.1.4 Hoe sal die antwoord op VRAAG 4.1.3 verander indien die spoed

van die ambulans MINDER AS 30 m∙s-1 is? Skryf slegs VERHOOG, VERLAAG of BLY DIESELFDE.

(1) 4.2 'n Waarneming van die spektrum van 'n afgeleë ster toon aan dat dit weg van

die Aarde af beweeg. Verduidelik, ten opsigte van die frekwensies van die spektraallyne, hoe dit moontlik is om tot die gevolgtrekking te kom dat die ster weg van die Aarde af beweeg.

(2) [13]

11

Kopiereg voorbehou

VRAAG 5

‘n Fluitjie van ‘n trein stuur klankgolwe uit met ‘n frekwensie van 555 Hz. ‘n Persoon (luisteraar) wat langs die spoorlyn staan hoor ‘n klank van die fluitjie met ‘n golflengte van 0,71 m. Aanvaar dat die spoed van klank in lug 340 m·s-1 is.

5.1 Beweeg die trein na of weg van die persoon (luisteraar)? Dui aan hoe jy die antwoord gekry het.

(4)

5.2 Stel die Doppler effek in woorde. (2)

5.3 Bereken die spoed van die trein. (5)

5.4 Skryf TWEE praktiese toespassings, van die bogenoemde verskynsel in die mediese veld, neer.

(2)

Groot teleskope, soos die Suid-Afrikaanse Groot Teleskope (SALT) in die Karoo, word gebruik deur sterrekundiges om die lig van veraf sterrestelsels te meet. In 1929 het Edwin Hubble gevind dat lig van veraf sterrestelsels rooiverskuiwing ondergaan.

(2)

5.5 Wat vertel die rooiverskuiwing vir ons omtrent die Heelal?

[15]

VRAAG 6 'n Fluitjie van 'n lokomotief wat teen 'n konstante spoed beweeg, gee 'n golfklank van 2 000 Hz af. 'n Man wat langs die kant van die spoorlyn staan, hoor 'n klank met frekwensie 1 836,0 Hz, wanneer die lokomotief weg van hom af beweeg. 'n Meisie wat langs die spoorlyn staan hoor 'n klank van 2 196,2 Hz, wanneer die lokomotief na haar toe beweeg. Neem die spoed van klank in lug as 340 m∙s-1.

6.1 Stel die Doppler-effek in woorde.

(2)

6.2 Verduidelik hoekom die meisie 'n klank met hoër frekwensie hoor as die lokomotief haar nader.

(3)

6.3 Sal die frekwensie wat deur die bestuurder van die lokomotief waargeneem word, GROTER AS, GELYK AAN of KLEINER AS 2 000 Hz wees? Gee 'n rede vir die antwoord.

(2)

6.3 Bereken die spoed van die lokomotief. (5)

6.4 Skryf EEN toepassing van die Doppler-Effek in medisyne neer. (1) [13]

12

Kopiereg voorbehou

VRAAG 7 Wanneer ’n ambulans ’n stilstaande luisteraar nader, stuur die sirene van die ambulans ’n klank met ’n frekwensie van 930 Hz uit. Die luisteraar neem ’n frekwensie van 1000 Hz waar. Neem die spoed van klank in lug as 340 m∙s-1.

7.1 Stel die Doppler-effek in woorde. (2) 7.2 Bereken die spoed waarmee die ambulans die waarnemer nader. (5)

7.3 Die ambulans beweeg weg van die luisteraar af. Watter effek sal dit hê op die

golflengte van die klank wat die luisteraar hoor hê? Skryf slegs TOENEEM, AFNEEM of BLY DIESELFDE neer. Verskaf ’n rede vir die antwoord.

(2)

7.4 Die Doppler-effek kan gebruik word om die beweging van sterre en ander

hemelliggame in ons heelal te verduidelik. Die twee diagramme hieronder verteenwoordig die absorpsiespektra van ’n gas. Diagram 1 verteenwoordig die absorpsielyne in die optiese spektrum van die Son.

Diagram 2 verteenwoordig die absorpsielyne in die optiese spektrum van ’n supergroep afgeleë sterrestelsel.

7.4.1.

Beweeg die sterre na of weg van die Son af? Verduidelik die antwoord deur na die verskuiwings van die spektrumlyne in die twee diagramme hierbo te verwys.

(2)

7.4.2 Vanaf die vergelyking van bostaande diagramme, watter afleiding kan gemaak word oor die heelal?

(1)

[12]

Blou punt

Rooipunt

Rooi punt

Diagram 1

Diagram 2

Blou punt

13

Kopiereg voorbehou

VRAAG 8

“n Passassierstrein beweeg verby die passassier platform teen ‘n konstante spoed van 40 m∙s-1. Die treinsirene word weerklank teen ‘n frekwensie van 320 Hz. Die algemene verandering in frekwensie word waargeneem deur ‘n stilstaande person op die platform soos die trein na hom en weer weg van hom beweeg. Neem die spoed van klank in lug as 343 m∙s-1.

8.1 Stel die Doppler effek in woorde. (2)

8.2 Sal die stilstaande persoon ‘n hoër of laer golflengte waarneem terwyl die trein aankom? Verduidelik jou antwoord. (4)

8.3 Bereken die algemene verandering in frekwensie soos waargeneem deur die stilstaande persoon.

(6)

8.4 ‘n Studie van spektralelyne ontvang van sterre kan waardevolle inligting verskaf van die beweging van die sterre. Die twee diagramme hieronder is voorstellings van verskillende spektralelyne van ‘n element Diagram 1 stel voor die spektrum van ‘n element in ‘n laboratorium op Aarde. Diagram 2 stel voor die spektrum van dieselfde element vanaf ‘n ver afgeleë ster. Diagram 1

Diagram 2

Beweeg die ster na of weg van die aarde? Verduidelik die antwoord deur te verwys na die verskuiwing van die spektralelyne.

(2)

8.5 Noem een toepassing van die Doppler effek.. (1)

[15]

Blou Rooi

Blou Rooi

14

Kopiereg voorbehou

VRAAG 9

Die sirene van ‘n stilstaande polisiemotor stuur klankgolwe met ‘n frekwensie van 620 Hz uit. ‘n Stilstaande luisteraar sien hoe die polisiemotor hom nader teen ‘n konstante snelheid op ‘n reguit pad. Die spoed van die polisie die motor is 30 m∙s- 1. Aanvaar dat die spoed van klank in lug 340 m·s-1 is.

9.1 Hoe vergelyk die frekwensie van die klankgolwe waargeneem deur die luisteraar

met die frekwensie van die klank voortgebring deur die sirene van die polisiemotor wanneer dit die luisteraar nader? Skryf slegs HOËR AS, LAER AS of GELYK AAN. Verduidelik jou antwoord.

(4)

9.2 Noem en stel die verskynsel waargeneem in VRAAG 9.1. (3)

9.3 Bereken die frekwensie van die klank golwe wat deur die stilstaande luisteraar

waargeneem is. (4)

9.4 Hoe sal die antwoord van VRAAG 9.3 verander indien die polisiemotor weg van

die luisteraar beweeg teen 30 m∙s- 1? Skryf slegs HOËR AS, LAER AS of GELYK AAN.

(1)

9.5 'n Studie van spektrumlyne wat van verskillende sterre verkry is, kan waardevolle

inligting oor die beweging van die sterre verskaf. Die twee diagramme hieronder stel verskillende spektrumlyne van 'n element voor. Diagram 1 stel die spektrum van die element in 'n laboratorium op Aarde voor. Diagram 2 stel die spektrum van dieselfde element van 'n afgeleë ster voor.

Beweeg die ster na die Aarde toe of weg van die Aarde af? Verduidelik die antwoord deur na die verskuiwings in die spektrumlyne in die twee diagramme hierbo te verwys.

(2)

[14]

15

Kopiereg voorbehou

VRAAG 10 Twee identiese Navy skepe A en B, elk met ‘n klank met ‘n frekwensie van 500 Hz, begin

beweeg gelyktydig in teenoorgestelde rigtings weg van ‘n Vuurtoring. ‘n Luisteraar wat in

die vuurtoring gestationeer is, neem vir Skip A ‘n frekwensie waar wat 5 % verskillend is

van die werklike frekwensie en ‘n frekwensie van 450 Hz vir skip B. Neem aan dat die

spoed van klank in lug 340 m·s-1 is en die spoed van klank in water is 1520 m· s-1

10.1 Hoe verskillend moet die waargenome frekwensie van Skip A wees in

vergelyking met die werklike frekwensie van die klankgolwe wat deur A

geproduseer word? Skryf slegs neer HOëR AS, LAER AS of GELYK AAN.

Verduidelik jou antwoord? .

(2)

10.2 Bereken die waargenome frewkwensie vir skip A. (2)

10.3 Noem en definieer die verskynsel soos waargeneem. (3)

10.4 Bereken die afstand tussen die twee skepe nadat hulle vir twee minute teen

konstante snelhede beweeg het.

(9)

10.5 ‘n Studie van spektrale lyne verkry van verskillende sterre kan waardevolle inligting

verskaf oor die beweging van die sterre.

Die twee diagramme hieronder verteenwoordig verskillende spektrale lyne van ‘n

element. Diagram 1 verteenwoordig die spektrum van die element in ‘n

laboratorium op Aarde. Diagram 2 verteenwoordig die spektrum van dieselfde

element van ‘n verafgeleë ster..

Beweeg die ster na of weg van die aarde? Verduidelik die antwoord deur te verwys

na die verskuiwing in die spektrale lyne in die twee diagramme hierbo.

(2)

[18]

Blou Rooi

Blou Rooi