Physics Grade 10 Advanced Level · PDF file7 Grade 10 Unit AP.4 Waves and Sound Waves have cycles, frequency, and amplitude, just like oscillations. تازاسحهلاا لثم زاسحها

Physics

Grade 10 Advanced Level

2

Grade 10 Unit AP.4 Waves and Sound

UNIT 4: Waves and Sound

Core Standards……………………………..…….. 3

Objectives…………………………….....…........….. 4

Waves and Wave Pulses ….…………..........…….…….. 5

Waves ……………..….……......................................….. 8

Describing Wave……………………….……...….. 12

Sound waves ………........................................... ….. 18

Speed of sound………...…..................................….. 24

Standing waves and travelling waves…..........….. 29

Questions………………………………............….. 38

References………………………..…………........... 44

28.1-

28.2

Contents

28.3

28.4

28.5

27.8

3


10A.28.1 Distinguish between a wave pulse and a continuous travelling

wave, give examples of both and understand what is meant by wave front.

10A.28.2 Know that waves transfer energy and distinguish between

transverse and longitudinal waves.

10A.28.3 Know and use the terms crest, trough, compression, rarefaction,

displacement, amplitude, phase difference, period, frequency, wavelength and velocity, and perform calculations using the relationships between velocity, frequency and wavelength.

10A.28.4 Know that sound is a longitudinal vibration transmitted through a

medium, and that it is created by a vibrating object such as a vibrating string or air column.

10A.28.5 Know that the velocity of sound depends on the medium though

which it travels, and that it travels faster and more efficiently through media in which the particles are close together.

10A.28.8 Distinguish between a standing and a travelling wave, know the

meaning of the terms node and antinode, and illustrate the phenomenon of resonance with particular reference to vibrating stretched strings and air columns.

4


By the end of the unit, students know that energy is transferred in the form of pulses and waves, and understand and manipulate the measurable parameters associated with waves. They know that sound is a waveform that requires a medium, they measure its speed in air and know how the ear detects sounds.

Students who progress further distinguish between standing and progressive waves, know how harmonics are produced, and describe the phenomenon of resonance with reference to air columns and stretched strings.

5


A wave is an oscillation that travels.

A ball floating on water can oscillate up and down in harmonic motion.

The surface of the water oscillates in response and the oscillation spreads outward from where it started.

المىجة هي اهحساز يىحقل

الكرة الحي جطفى في الماء يمكه أن جهحس ألعلى وأسفل في حركة

اوسيابية

سطح الماء يهحس برد الفعل ويىحشر االهحساز للخارج مه المصذر

28.1 Waves and Wave Pulses

المىجات ونبض المىجة

6


Waves carry useful information and energy.

Waves are all around us:

— light from the stoplight

— ripples in a puddle of

— electricity flowing in wires

— radio and television and cell phone transmissions

طاقةتحمل الموجات المعلومات الهامة وال

الموجات ف كل ما حطنا

الضوء من إشارات المرور -

الموجات ف البركة -

األسالك تدفق الكهرباء ف -

الرادو التلفاز والجواالت -

Why we learn about waves?

لماذا نتعلم عن الموجات

7


Waves have cycles, frequency, and amplitude, just like oscillations.

للمىجة دوائر وجردد وسعة اهحساز مثل االهحسازات

A wave pulse is a short length of wave, often just a single oscillation.

هو اقصر طول للموجة وغالبا ما كون اهتزازه وحدةنبض الموجة

Characteristics of waves

خصائص الموجات

Wave pulses

نبض الموجة

8


A wave may be defined as a periodic disturbance in a medium that carries energy from one point to another.

. تعرف الموجة بؤنها اضطراب دوري ف الوسط والذي حمل معه الطاقة من نقطة ألخرى

All waves require a source and a medium of propagation.

. كل الموجات تحتاج لمصدر ووسط مناسب لالنتشار

Waves may lose energy as they propagate through a dense medium (attenuation).

عند انتشار الموجة خالل وسط كثف فإنها تفقد طاقة

Waves that radiate isotropically (uniformly in all directions) from a source also lose intensity due to the fact that the energy they carry is spread out over an increasingly large area. This is known as the inverse square law.

الموجات الت تنتشر بانتظام ف جمع االتجاهات من المصدر تفقد أضا شدتها بسبب انتشار الطاقة الت . تحملها خالل وسط متسع المساحة فما عرف بقانون التربع العكس

28.2 Waves

المىجات

9


There are two distinct types of waves: Longitudinal and Transverse. Sound waves are an example of longitudinal waves while electromagnetic waves, such as light, are examples of transverse waves.

مثال للموجات الطولة بنما هىموجات الصوت . طولة ومستعرضة: هناك نوعان ممزان للموجات

.ى مثال للموجات المستعرضةالموجات الكهرومغناطسة مثل الضوء ه

Transverse and Longitudinal waves can both be categorized under the term Mechanical Waves. Mechanical waves require a substance to travel through whereas electromagnetic waves like light don't.

والموجات المكانكة . الموجات الطولة والمستعرضة مكن أضا أن تصنف تحت اسم الموجات المكانكةهى الت تحتاج لوسط مادي لالنتقال على عكس الموجات الكهرومغناطسة الت ال تحتاج لوسط مادي لك

. تنتقل

Examples of transverse and longitudinal waves are things like water waves, sound waves, or waves that travel along a spring or rope.

.موجات الماء وموجات الصوت وموجات الزنبرك أو الحبل :من أمثلة الموجات الطولة والمستعرضة

In a transverse wave the particles of the substance or „medium‟ moves perpendicular to the direction of the motion of the wave.

. ف الموجات المستعرضة فإن جسمات الوسط تتحرك عمودا على اتجاه انتشار الموجة

If a little girl push a rope up and down, oscillation at one end of the string creates waves that propagate, or travel, down the length of the string.

Transverse and Longitudinal waves

الموجات الطولية والمستعرضة

http://schools.wikia.com/wiki/File:Transversewave.gif

10


These are called traveling waves. The wave travels but the string only oscillates up and down.

حبل فإن اهتزاز هذا الطرف تسبب ف بتحرك حبل ألسفل وإلى أعلى من أحد طرف ال إذا قامت بنتالحظ أن الموجة تتحرك على طول الحبل ولكن الحبل نفسه هتز . نشؤة موجات تنتشر على طول الحبل

. إلى األسفل وإلى األعلى

See how this snakes body moves like a transverse wave.

.على األرضالحظ كف أن جسم الثعبان كون موجات مستعرضة عند حركته

In a longitudinal wave the substance or „medium‟ moves parallel to the

direction of the motion of the wave.

ف الموجات الطولة تتحرك جسمات الوسط ف نفس اتجاه انتشار الموجة

A longitudinal wave can be created in a slinky. When the slinky is stretched

out in a horizontal direction and the first coils of the slinky are vibrated

horizontally.

من السلك عند شد السلك للخارج أفقا تالحظ أن اللفات األولى. مكن عمل موجة طولة خالل سلك الزنبرك

تهتز أفقا

Each individual coil of the medium is set into vibrational motion in directions

parallel to the direction which the energy is transported.

. كل لفة من لفات السلك تهتز ف نفس اتجاه انتقال الطاقة

Longitudinal Waves

الموجات الطولية

http://schools.wikia.com/wiki/File:Longitudinalwave.gif

http://schools.wikia.com/wiki/File:Snake.gif

11


Longitudinal Waves are referred to as sound waves because the particles

that need to travel through the medium which transport the sound are

transported by vibrating parallel to the direction which the sound moves.

. موجات الصوت هى موجات طولة ألن جسمات الوسط تهتز ف نفس اتجاه انتشار موجة الصوت

As the vibrating string moves in the forward direction, it begins to push

upon surrounding air molecules, moving them to the nearest particle. This

causes the air molecules to be compressed into a small region of space. As

the vibrating string moves in the reverse direction it lowers the pressure of

the air immediately.

بدأ بدفع جزبات الهواء مما سبب انضغاط هذه الجزبات ف حز األمامعندما هتز مصدر الصوت

. وعندما رجع للخلف سبب تخلخل ف ضغط الهواء مباشرة. صغر

The lower pressure of the string causes air molecules in that region

immediately to move to the right of the string to expand into a large region

of space. The back and forth vibration of the string causes individual air

molecules (or a layer of air molecules) in the region to move back and forth

horizontally; the molecules move rightward as the string moves rightward

and then leftward as the string moves leftward.

. وللخلف أضا أفقا األماموللخلف سبب حركة جزبات الهواء األمامحركة مصدر الصوت

These back and forth vibrations are imparted to adjacent neighbors by

particle interaction; thus, other surrounding particles begin to move

rightward and leftward, thus sending a wave to the right. Since air

molecules (the particles of the medium) are moving in a direction which is

parallel to the direction which the wave moves, the sound wave is referred

to as a longitudinal wave.

See Caterpillars move like longitudinal waves!

.الحظ أن الرقة تتحرك بطرقة تشابه الموجة الطولة

12


There are many ways to describe or measure a wave. Some methods depend on how the wave is produced, whereas others depend on the through which the wave travels.

On the right, transverse waves are being sent along a rope. Here are some of the Terms used to describe these and other waves:

أوبالطرقة الت تكونت بها إمامكن وصف الموجة مثل موجات مالرس. هبدراسة الوسط الذي انتشرت ب

.تصف الموجات مصطلحاتمستعرضة والتال مثل

Speed (V)The speed of the waves is measured in meters per second (m/s).

Frequency(f) This is the number of waves passing any point per second. The SI Unit of frequency is the hertz (Hz). For example, if the hand on the right makes 4scillations per second, then 4 waves pass any point per second, and the frequency is 4 Hz.

وقاس . لموجات المارة ف نقطة كل ثانةالتردد هو عدد ابوحدة الهرتز

Period (T) The time for one wave. It is equal to 1/frequency. If the frequency is 4 Hz, the period is 1/4 s (0.25 s)

.الثانة ووحدته. وساوي مقلوب التردد. الزمن الدوري هو زمن موجة واحدة

Amplitude (A) This is the maximum distance a point moves from its rest position when a wave passes.

.نقطة ف الوسط من موضع سكونها إلهاالسعة ه اكبر مسافة تصل

28.3 Describing Waves

وصف المىجة

13


Wavelength (λ) This is the distance between any point on a wave and the equivalent point on the next.

. نقطة ف الموجة والنقطة الت تكافبها ف الموجة التالة أيالطول الموج هو المسافة بن

Figure shows Transverse waves, the low points, or troughs, and the high points, or crests, of a wave. The shortest distance between points where the wave pattern repeats itself is called the wavelength. Crests are spaced by one wavelength. Each trough is also one wavelength from the next. The Greek letter lambda, λ, represents wavelength.

لذا فالمسافة . مة نقطة بالق وأعلىنقطة ف الموجة بالقاع ادنالشكل مثل موجات مستعرضة حث تسمى .الطول الموج أضاقاعن متتالن مثل أوبن قمتن متتالتن

Figure shows Longitudinal waves, the region in which molecules are closer together is the Compression. the region in which the molecules are further apart is the Rarefaction.

Wavelength (λ) is the distance between successive rarefactions or between compressions.

الشكل مثل موجات طولة حث تسمى المنطقة الت تكون فها الجزبات اقرب ما مكن من بعضها البعض لذا فالمسافة بن تضاغطن متتالن . وتسمى المنطقة الت تكون فها الجزبات متباعدة بالتخلخل.بالتضاغط

.لن متتالن مثل الطول الموجتخلخ أو

14


All points along a wave have the same pattern of vibration – they all vibrate up and down, back and forth, or from side to side, or whatever. However, different points do not necessarily vibrate in step with one another. As one point on a stretched string vibrates up and down, the point next to it vibrates slightly out-of step with it. We say that they vibrate out-of-phase with each other - there is a phase difference between them.

As you can see from figure two equivalent points on a wave (points A and B)vibrate in phase with each other. The phase difference between any other two points can have any value between 0° and 360°. (A complete cycle of the wave is thought of as 360°.)

تسمى متفقة A,Bاحدة ولكن النقاط الت تهتز بنفس الكفة مثل النقاط جمع النقاط ف الموجة تهتز بوترة وفتهتز بكفة مختلفة فتسمى مختلفة ف C,Dالنقاط إما.وفرق الطور بنهما ساوي صفرا. ف الطور

.360oإلى 0وتراوح فرق الطور بن نقطتن من .الطور

Phase and phase difference

الطور وفرق الطور

15


We can study the behavior of water waves using a ripple tank.

When the motor is turned on the wooden bar vibrates creating a series of ripples on the surface of the water. A light placed above the tank creates patterns of the water waves on the floor. By observing the patterns we can see how the water waves are behaving.

At low speeds, the motor on the ripple tank produces a small number of waves each second. The frequency of the waves is small and the pattern shows that the waves have a long wavelength.

At higher frequencies, the water waves have shorter wavelengths.

The speed is constant.

Activity نشاط

The ripple tank حوض الموجات

16


انهبعد تجهز حوض الموجات مكن دراسة العالقة بن التردد والطول الموج لموجات الماء فنالحظ الحوض وكلما قل أسفلالت تظهر األهداببزادة التردد قل الطول الموج من خالل مشاهدة البعد بن

سرعة الموجة ف الوسط الواحد ثابتة. التردد زاد الطول الموج

17


The speed, frequency, and wavelength of any set of waves are linked by this equation.

The following example shows why the equation works:

The waves on the right are travelling across water.

Each wave is 2 m long, so the wavelength is 2 m. One second later...

3 waves have passed the flag, so the frequency is 3 Hz.

the waves have moved 3 wavelengths (3 x 2 m) to the right so their speed is 6 m/s

وخالل ثانة تمر ثالث موجات العلم مما عن ان 2mالطول الموج ساوي أننالحظ ه أعالف الشكل 6m/sالموجات هسرعة هذ إذا 3Hzالتردد

Speed = frequency x wavelength

سرعة الموجة = التردد × الطول الموجي

V = f x λ

m/s Hz m

The wave equation

اتالموجالمعادلة العامة

18


SOUND a mechanical wave (longitudinal) that is a range of compression wave frequencies to which the human ear is sensitive. It will not travel through a vacuum.

المتضاغطة إلى أذن اإلنسان هالصوت هو موجات مكانكة طولة، وهو مجموعة من الترددات الموج. وه موجات ال تنتقل ف الفراغ. الت تحس بها

All sounds are produced by vibrating objects and vibrating columns of air: . من اهتزاز األجسام ومن اهتزاز أعمدة الهواءكل األصوات تنتج

Usually the small vibration stimulates vibration of a larger object (the sounding board of an instrument, air in the throat and mouth of someone talking

الموسقة، الهواء ف الحنجرة اآلالت )عادة ما تحفز االهتزازة الصغرة اهتزازة جسم أكبر (.أو الحلق أو الفم عندما تكلم الشخص

This vibrating material sends a disturbance through the surrounding air, that then propagates through surroundings in form of longitudinal waves. You can use a wave machine model and/or a Slinky to demonstrate how a source of vibration gives rise to longitudinal travelling waves.

هذه المواد الت تهتز ترسل اضطرابات من خالل الهواء المحط بها، والت بعد ذلك تنتشرلبان كف Slinkyمكنك استخدام نموذج آلة الموجة، أو نابض . على شكل موجات طولة

.مصدر االهتزاز ولد موجات طولة منتقلة أن

28.4 Sound waves

الموجات الصوتية

Making sound waves إنتاج الموجات الصوتة

19


If an object vibrates it causes waves in the air (like when throwing a stone into a lake.) When these waves hit your eardrum, it'll vibrate in the same way as the object, your brain turns this vibration into the sense of sound.

وعندما (. نرم حجرا ف بركة ماء المث)إذا اهتز الجسم فإنه سبب موجات ف الهواءتصطدم هذه الموجات بطبلة أذنك، فإنها سوف تهتز بنفس الطرقة مثل الجسم، وسوف

.حول دماغك هذه االهتزازة إلى إحساس بالصوت

The vibrations of air can be amplified when they are passed through a cone shaped speaker such as a megaphone or the bell of a trumpet.

ي الشكل مثل مكن تضخم الذبذبات من الهواء عندما تمر من خالل مكبر صوت مخروط. أو جرس البوق( فونجاالم)مكبر الصوت

While all sound begins with vibrating things, there are different ways of making things vibrate.

. ف حن أن جمع األصوات تبدأ باهتزاز األشاء، فإن هناك طرقا مختلفة لجعل هذه األشاء تهتز

20


You will need a tuning fork, cork and beaker of water.

. أنت تحتاج إلى شوكة رنانة، وفلن ووعاء للماء

1) Tap the tuning fork gently on the cork. . انقر الشوكة الرنانة على الفلن بلطف

- What do you hear? ماذا تسمع؟

2) Tap the tuning fork again, then gently touch the prongs.

.انقر الشوكة الرنانة مرة أخرى، ثم المس الشوكات بلطف- What do you feel? ما هو شعورك

3) Tap the tuning fork again, then gently put the prongs onto the surface

of the water in the beaker. . انقر الشوكة الرنانة مرة أخرى، ثم ضع الشوكات بلطف على سطح الماء ف الوعاء

What do you see? ؟ ماذا ترى What is the tuning fork giving to the water?

ما الذي تمنحه الشوكة الرنانة للماء؟

Activity 1 نشاط

Tuning Fork الرنانةالشوكة

21


Gently put your fingers on your throat. Speak or sing quietly.

- What do your fingers feel? - What do you think is happening inside your throat? - Explain how the sound of your voice travels through the air.

Air from your lungs passes over the vibrating vocal chords, making sound . تكلم أو أنشد بهدوء. اضغط بؤصابعك بلطف على حنجرتك

ماذا تشعر أصابعك؟ - ما رأك ف ما حدث داخل حنجرتك؟ - .اشرح كف أن صوتك نتقل خالل الهواء -

. الربتن على الحبال الصوتة المهتزة فتولد الصوتالهواء مر من

Activity 2 نشاط

Human Voice اإلنسانصوت

22


A loudspeaker gives out sound energy where it vibrates back-and-forth, creating compression waves in the air. Loudspeakers are used in devices such as mobile phones and radios.

مكبرات الصوت تعط طاقة صوتة حث تهتز ذهابا وإابا، لتصنع موجات . متضاغطة ف الهواء

. الرادوتستخدم ف األجهزة مثل الهواتف النقالة، وأجهزة

- Think of some other devices which contain loudspeakers.

.فكر ببعض األجهزة الت تحتوي على مكبرات للصوت -

1) Your teacher will show you a large loudspeaker. Gently touch the loudspeaker when it is giving out sound energy and some small pieces of paper have been placed on it.

المس بلطف المكبر وضع قطع ورق صغرة أمامه عندما . سوف عرض لك معلمك مكبر صوت كبر. خرج المكبر الصوت

- What do you see and feel? ماذا ترى وتشعر؟

2) Your teacher will give you some apparatus and show you how to make a model loudspeaker.

. سوف عطك معلمك بعض األجهزة وعرض كفة صناعة نموذج لمكبر الصوت

Activity 3 نشاط

Loudspeakers مكبرات الصوت

23


Reeds Strings Air columns Membranes (Drum,

Tambourine)

- How do you think each of these musical instruments produce sound energy? تنتج هذه اآلالت الموسقة الصوت؟كف

How does a loudspeaker create sound? ر الصوت الصوت؟ كيف ينشأ مكب

Activity 3 نشاط

Musical Instruments الت الموسيقيةاآل

24


Speed of sound depends on the medium

سرعة الصوت تعتمد على الوسط المادي

Sound waves can travel through solids, liquids, and gases. Because waves consist of particle vibrations, the speed of a wave depends on how quickly one particle can transfer its motion to another particle. For example, solid particles respond more rapidly to a disturbance than gas particles do because the molecules of a solid are closer together than those of a gas are.

وبسبب أن الموجات تتكون من . الموجات الصوتة مكن أن تنتقل من خالل المواد الصلبة والسابلة والغازة: كمثال. دى سرعة نقل الحركة من جزيء إلى آخرجزبات مهتزة، فإن سرعة الموجة تعتمد على م

ة، ألنها ف المادة الجزبات ف المادة الصلبة تستجب بسرعة أكبر لالضطراب منها ف المادة الغاز. الصلبة تكون متقاربة أكثر منها ف المادة الغازة

As a result, sound waves generally travel fastest in solids and slowest in gases, but there are some exceptions.

ة، لكن هناك كنتجة، الموجات الصوتة بشكل عام تنتقل أسرع ف المواد الصلبة وأبطؤ ف المواد الغاز. بعض االستثناءات

The speed of sound also depends on the temperature of the medium.

رارة الوسط المادي سرعة الصوت أضا عتمد على درجة ح

As temperature rises, the particles of a gas collide more frequently. Thus, in a gas, the disturbance can spread faster at higher temperatures than at lower temperatures. In liquids and solids, the particles are close enough together that the difference due to temperature changes is less noticeable.

وبالتال مكن أن نتقل االضطراب . عندما ترتفع درجة الحرارة، الجزبات ف الغاز تصطدم كثرا ببعضهاف المواد السابلة والصلبة، الجزبات تكون متقاربة بشكل .ف الغاز أسرع ف درجات الحرارة العالة

، مما جعل أثر التغرات ف درجات الحرارة أقل وضوحا .كافف

28.5 Speed of sound

سرعة الصوت

25


The table below shows the speed of sound waves in various media.

ن سرعة الموجات الصوتة ف مواد مختلفة .الجدول التال ب

Speed of Sound in Various Media

Medium v (m/s)

Gases

air (0°C) 331

air (25°C) 346

air (100°C) 366

helium (0°C) 972

hydrogen (0°C) 1290

oxygen (0°C) 317

Liquids at 25°C

methyl alcohol 1140

sea water 1530

water 1490

Solids

aluminum 5100

copper 3560

iron 5130

lead 1320

vulcanized rubber 54

26


1) Wood is a solid.

The tables are made of wood.

Put one ear on the table and tap gently on the table.

- Does sound energy travel through solids like wood?

.الخشب مادة صلبة

.الطاوالت مصنوعة من الخشب

ضع إحدى إذنك على الطاولة وانقر بلطف .على الطاولة

هل الطاقة الصوتة تنتقل من خالل - المواد الصلبة مثل الخشب؟

2) Water is a liquid.

Think about the last time you had a bath or went swimming.

- Does sound energy travel through liquids like water?

.الماء مادة سائلة

.فكر بآخر مرة أخذت حماما أو ذهبت للسباحة

هل تنتقل الطاقة الصوتة من خالل - المواد السابلة مثل الماء؟

Activity نشاط

What Does Sound Travel Through?

من خالل ماذا ينتقل الصىت؟

27


3) Air is a gas.

Listen to what is going on around you.

- Does sound energy travel through gases like air?

.الهواء مادة غازية

.استمع إلى ماذا دور حولك

هل تنتقل الطاقة الصوتة من خالل -ة مثل الهواء؟ المواد الغاز

4) Electric bell in a glass bell jar.

Your teacher will show you an electric bell in a glass bell jar which is full of air.

- Can you hear the bell ring? - Explain why.

Your teacher will now pump the air out of the jar. This creates a vacuum in the jar.

- What is a vacuum? - Can you hear the bell ring now? - Explain why? - Why do you think that "outer

space" is very quiet?

.الجرس الكهربائي

سوف عرض علك معلمك جرسا كهربابا داخل .وعاء زجاج مملوء بالهواء

هل مكن أن تسمع رنن الجرس؟ - اشرح لماذا؟ -

غ معلمك الهواء من الوعاء لصل إلى سوف فر .الفراغ داخله

ما هو الفراغ؟ - هل مكن أن تسمع رنن الجرس اآلن؟ - اشرح لماذا؟ - تعتقد أن الفضاء الخارج هادئ جدا؟لماذا -

28


The students stand to a measured distance (a few tens of meters) from a wall. One student claps hands once and another student listens for the echo, then claps with a regular rhythm such that each new clap coincides exactly with hearing an echo.

طالب آخر أحد الطلبة صفق مرة واحدة و. الطلبة على مسافة بضع عشرات من األمتار من الجدارقف . إقاع منتظم بحث كل تصفقة جددة تتزامن بالضبط مع سماع الصدى ستمع للصدى، ثم صفق مع

The other students measure the time for several claps. They can then work out the interval between adjacent claps and hence calculate the speed of sound in air.

ويمكىهم إيجاد المذة السمىية بيه الحصفيقات المححابعة ثم . للحصفيقات المحعذدةالطالب اآلخرون يقيسىن الىقث

.حساب سرعة الصىت في الهىاء

Activity نشاط

Speed of sound in air

سرعة الصىت في الهىاء

29


If you hold a seashell up to your ear, you will hear the roar of the waves rolling onto the shore. Why do you think you hear these sound?

.الشاطاإذا حملت صدفة بالقرب من أذنك، فؤنك ستسمع هدر األمواج على لماذا تسمع هذه األصوات؟

Standing waves and travelling waves:

The notes we hear from the guitar are created by the vibration of its strings. The wave patterns on the vibrating strings are called standing waves. The waves which carry the sound to our ears transfer energy, and so are called travelling waves.

: الموجات الموقوفة والموجات المنتقلةأنماط الموجات الت تتكون ف األوتار . النغمات الت تصدر من القثارة بسبب اهتزاز أوتار القثارةتنتج

الموجات الت تحمل الصوت إلى أذنك تنقل الطاقة لذلك تسمى الموجات . المهتزة تسمى الموجات الموقوفة. المنتقلة

28.8 Standing waves and travelling waves

الموجات الموقوفة والموجات المنتقلة

30


1- What happen when the hand moves up and down the rope? Waves generate in the rope.

.ماذا حدث عند تحرك الحبل إلى األعلى واألسفل؟ تنتج موجات ف الحبل

2- What happen when these waves reaches the fixed point? They reflect.

. عندما تصل للطرف الثابت؟ تنعكس الموجاتماذا حدث لهذه الموجات

3- What happen when incidents waves and reflection waves meet each other?

ماذا حدث عندما تتقابل الموجات الساقطة والموجات المنعكسة؟

They interfered and produce a standing wave.

. تتداخل الموجات وتنتج الموجات الموقوفة

Standing wave will be formed, if two waves meet that are:

of the same amplitude

of the same frequency

travelling in opposite directions. :الموجات الموقوفة تتكون عندما تتداخل موجتين

لهما نفس السعة لهما نفس التردد

. تنتقالن ف اتجاهن متعاكسن

Formation of standing waves تكون الموجات الموقوفة

31


If a string is plucked and allowed to vibrate freely, there are certain frequencies at which the string performs vibrations of large amplitude. This is known as a resonance effect.

سمى هذا التؤثر . إذا شددت وتر وتركته هتز بحرة، سوف هتز الوتر عند ترددات محددة بسعة كبرةالرنن

The following diagram shows the different standing wave forms and their wavelength and frequencies.

. الموجات الموقوفة مع سعاتها وتردداتها الشكل التال وضح األنماط المختلفة من

The lowest resonant frequency is called the fundamental frequency or the first harmonic which produces a vibration with its greatest displacement at the mid-point of the string.

سمى النغمة األساسة أو النغمة التوافقة األولى والذي تكون السعة أكبر اقل تردد مكن ان حدث عنده الرنن . ما مكن عند منطقة الوسط من الوتر

Standing waves on a string

الموجات الموقوفة في الوتر

32


Standing waves have nodes and antinodes. A node is a point where the displacement is zero. An anti-node is a point where the displacement is maximum.

وعند البطن تكون اإلزاحة . عند العقدة تكون اإلزاحة تساوي صفر. موجة الموقوفة تتكون من عقد وبطون ال. اكبر ما مكن

There is always a node at each fixed end of the string. . دابما تتكون عقدة عند الطرف الثابت

In a standing wave, all parts of the string between adjacent nodes vibrate in phase with each other, and that there is a phase difference of exactly half a cycle between parts of the string separated by a node.

وجد فرق ف الطور مقداره نصف . ف الموجة الموقوفة، جمع النقاط الت بن عقدتن تكون متفقة ف الطور. رة بن النقاط الت تفصلها عقدةدو

Standing waves, in a musical string instrument, plucking the string gives rise to a large range of frequencies of vibration. Some of those frequencies match the fundamental and harmonic frequencies of the string, and these give rise to large-amplitude vibrations. The vibrations that make up standing waves on the string produce travelling waves in the air, which we hear as a musical note.

ذه بعض ه. عند شد وتر فإنه هتز بترددات مختلفة: الموجات الموقوفة ف األدوات الموسقة الوترةالترددات تتوافق مع النغمة األساسة والنغمات التوافقة للوتر حث هتز الوتر بسعات كبرة عند هذه

الموجات الموقوفة الت تتكون ف الوتر تنتج موجات منتقلة ف الهواء حث نسمعها كنغمة . الترددات. موسقة

http://www.vector-eps.com/index.php/2010/05/string-music-instruments-vectors

33


When you blow in a tube, the air inside it vibrates and gives out sound waves. The waves are longitudinal in the tube. When air vibrates in the tube, there is a displacement node at the closed end, whereas there is always a displacement anti-node at an open end of the tube.

الموجات ف األعمدة الهوابة ه . عند النفخ ف أنبوبة هوابة ، فؤن الهواء بداخله هتز وعط صوت

عندما هتز الهواء ف األعمدة الهوابة تتكون عقدة عند الطرف المغلق وبطن عند الطرف . موجات طولة .المفتوح

The diagram below shows the standing wave forms in tubes.

. الشكل التال وضح األنماط المختلفة للموجات الموقوفة ف األعمدة الهوابة

Standing waves in a tube

األعمدة الهوائيةالموجات الموقوفة في

34


Blowing the mouthpiece of a wind instrument produces a wide range of frequencies, and the note produced contains the frequencies that correspond to the standing waves set up in the tube.

نغمات الت تصدر من هذه األدوات ال. عند النفخ ف األدوات الموسقة الهوابة تنتج مجموعة من الترددات

. تحتوى على النغمة األساسة والنغمات التوافقة لألعمدة الهوابة

How do wind instruments work? ؟كيف تعمل األدوات الموسيقية الهوائية Opening a hole in the side of a tube produces an anti-node at that position, hence opening and closing the holes produces notes of different frequencies.

ت فتح وغلق الفتحات إدي إلى إنتاج نغما. عمل فتحة ف األنبوبة الهوابة إدي إلى تكون بطن عند هذا الموقع. بترددات مختلفة

Standing wave in wind instruments

الموجات الموقوفة في األدوات الموسيقية الهوائية

35


Aim: To calculate the speed of sound in air.

. حساب سرعة الصوت ف الهواء: الهدف

Apparatus: األدوات

Large measuring cylinder, glass tube open at both ends, set of tuning forks, meter rule.

. مترة اسطوانة مدرجة كبرة، أنبوبة زجاجة، مجموعة من الشوك الرنانة، مسطرة

Diagram: الرسم

Activity نشاط

Measuring the speed of sound using resonance

حساب سرعة الصىت باستخدام الرنين

36


Method: طريقة العمل

1. Hold the vibrating tuning fork above the glass tube. 2. Move the tube up and down until you find the shortest length of the air column that produces a loud sound. 3. Measure length “h”. Note the frequency of the tuning fork. 4. Repeat this for tuning forks of several different frequencies. 5. You have found the fundamental resonance length for the different frequencies. This is equal to ¼ of a wavelength.

.ضع الشوكة الرنانة ف أعلى األنبوبة الزجاجة -1 .أعلى صوت حرك األنبوبة الزجاجة حتى تحصل على أقل طول لعمود الهواء تسمع عنده -2 .حدد طول عمود الهواء وسجل تردد الشوكة -3 .اعد التجربة باستخدام مجموعة من الشوك الرنانة ذات الترددات المختلفة -4مكن اآلن حساب الطول الموج لكل نغمة من القانون . قم بقاس طول عمود الهواء لكل تردد -5

. L= 1/4 التال

Frequency Length of air tube Wavelength

6. Calculate the speed of sound using the wave equation v = f for each frequency. Complete the following table.

.v = fأحسب سرعة الصوت لكل تردد من القانون .7

Frequency Wavelength Speed of sound

37


Conclusion: االستنتاج

38


1- What is type of the wave in the following illustration?

ما نوع الموجة الموجودة ف الشكل التال؟

2- What is the difference between a transverse wave and a longitudinal wave? ما الفرق بن الموجة الطولة والموجة المستعرضة ؟

3- Are sound waves transverse waves or longitudinal waves? Why?

سبب إجابتكهل الصوت موجات طولة أم موجات مستعرضة ؟ وضح

Questions

39


4- The waves in A below are travelling across water.

a) Are the waves transverse or longitudinal) b) What is the wavelength of the waves? c) What is the amplitude of the waves? d) If 2 waves pass the flag every second, what is i) the frequency ii) the

period? e) Use the wave equation to calculate the speed of the waves in A. f) What is the wavelength of the waves in diagram B below? g) If the waves in B have the same speed as those in A, what is their

frequency?

لموجات في الشكل هي موجات مائيةا

مستعرضة؟ أووجات طولة هل الم -ا

الموجات؟ لهذهما الطول الموج -ب

ما سعة كل موجة؟-ج

مرت موجتان العلم خالل ثانة فما مقدار التردد والزمن الدوري؟ إذا -د

Aاحسب سرعة الموجة -ه

؟Bج للموجات ف الشكل وما الطول الم -و

متساوة فما مقدار ترددهما؟ A,Bكانت سرعة الموجات ف إذا -ز

40


5- Refer to the drawing below to answer the following questions.

a. Which of the lettered distances represents the wavelength of wave 1? b. Which of the distances represents the amplitude of wave 1? c. Which of the two waves has the greater wavelength? d. Which of the two waves has the smaller amplitude? e. Assuming that the two waves move at equal speed, which has the higher

frequency? f. Assuming that the two waves move at equal speed, which has the greater

period?

.األسبلة هذهجب عن من الشكل التال ا

؟1ما الرمز الذي مثل الطول الموج للموجة -ا

؟1ما المسافة الت تمثل السعة للموجة -ب

الموجتن طواه الموج اكبر؟ أي -ج

الموجتن سعتها اقل؟ أي -د

لها اكبر تردد؟ فؤهماكانت الموجتان تتحركان بنفس السرعة إذا -ه

لها اكبر زمن دوري؟ فؤهماكانت الموجتان تتحركان بنفس السرعة إذا --و

41


6- A wave has a frequency of 2 hertz (2 cycles per second) and a wavelength of 10 cm.

What is the speed of the wave?

فما سرعتها؟ 10cm هرتز وطولها الموج 2موجة ترددها

7- A tuning fork creates sound waves with a frequency of 170 Hz. If the speed of sound in air is 340 m/s, calculate the wavelength of the sound waves.

, 340m/sكانت سرعة الصوت ف الهواء فإذا 170Hzشوكة رنانة تصدر موجات صوتة ترددها .احسب الطول الموج لموجات الصوت

8- The speed of a transverse wave in a string is 15.0 m/s. If a source produces a disturbance that has a frequency of 5.00 Hz, what is its wavelength?

9- Give an example which demonstrates each of the following:

Sound can travel through a gas.

Sound can travel through a liquid.

Sound can travel through a solid.

أعط أمثلة النتقال الصوت عبر الغاز والسابل والصلب

10- Explain each of the following:

Sound cannot travel through a vacuum.

Sound waves are longitudinal waves.

.اشرح لماذا ال نتقل الصوت عبر الفراغ

.الموجات الصوتة ه موجات طولةواشرح لماذا

42


11- Assume that the speed of sound in air is 330 m/s.

Why do you hear lightning after you see it?

If lightning strikes, and you hear it 4 seconds after you see it, how far away is it?

،(m/s 330)افرض أن سرعة الصوت ف الهواء ه

لماذا تسمع صوت الرعد بعد رإة البرق؟

إذا وقع البرق، وسمعته بعد أربع ثوانف من رإته، كم بعد مكان حدوثه عنك؟

12- Does sound travel faster through: cold air or warm air? a solid or a gas?

هل نتقل الصوت أسرع ف الهواء البارد أم الهواء الدافا؟

ة؟وهل نتقل الصوت أسرع ف المواد الصلبة أم ف المواد الغاز

13- Draw a labeled diagram showing a string vibrating at three times its fundamental frequency. Label the nodes and antinodes. Show which parts of the string are vibrating in phase with each other, and which half cycles out of phase are.

حدد على الرسم العقد . أرسم شكال وضح اهتزاز وتر بتردد ساوي ثالثة أمثال النغمة األساسة للوتر .النقاط الت بنها فرق ف الطور مقداره نصف دورة. النقاط المتفقة ف الطور. والبطون

13- One student plays a note on a string instrument and another plays a note of the same pitch on a wind instrument. Explain why the notes sound different.

. طالب صدر نغمات من أداة موسقة وترة وطالب آخر صدر نغمة بنفس التردد من أداة موسقة هوابة. أشرح لماذا تكون نغمات األصوات مختلفة

43


14-In the diagram below, the air in the pipe is vibrating at its fundamental frequency.

a- Show the positions of any nodes or antinodes. b- What is the wavelength of the sound coming from the pipe? c- If the speed of sound in air is 330ms-1, what is the frequency of the sound

coming from the pipe? d- If the pipe was double the length, what would its fundamental frequency

be? e- If the pipe (at the original length) was open at both ends, what would its

fundamental frequency be? f-

.التال، الهواء هتز ف األنبوبة بتردد النغمة األساسةف الشكل

.حدد على الرسم العقد والبطون المتكونة ف هذه الحالة . أ ما هو الطول الموج للنغمة المتكونة ف العمود الهواب؟ . ب ما هو تردد النغمة المتكونة ف األنبوبة؟. 330ms-1إذا كانت سرعة الصوت ف الهواء تساوي . ت ح طول األنبوبة ضعف الطول ، ما هو تردد النغمة األساسة ف هذه الحالة؟إذا أصب . ثإذا حولت األنبوبة إلى أنبوبة مفتوحة الطرفن بنفس الطول األصل، ما هو تردد النغمة األساسة؟ . ج

0.3 m

44


Resources:

Books:

1- Complete physics (Stephen Pople)

2- Longman GCSE physics (Brin Arnold . Steve Woolley)

3- GCSE Physics ( Tom Duncan & Heather Kennett)

4-Glencoe Physics (Paul W .Zitzewitz)

5- Holt Physics (Raymond A. Serway, Ph.D., Jerry S. Faughn, Ph.D.)

1. http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/edexcel/waves/anintro

ductiontowavesrev2.shtml

2. http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/tralon.html

3. http://www.physics.isu.edu/~hackmart/waves100.PDF

4. http://www.physics.tamu.edu/

5. http://www.school-for-champions.com

6. http://www.fife-education.org.uk/scienceweb/

7. http://www.picturesof.net/pages/090531-134562-215053.html

8. http://school.discoveryeducation.com/clipart/clip/guitar-player.html

9. http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-iii/waves/waves-

formation.php

10. http://www.physicsclassroom.com/Class/waves/u10l4c.cfm 11. http://cnx.org/content/m12413/latest/ 12. http://hubpages.com/hub/Science-and-Music 13. http://www.vector-eps.com/index.php/page/36/ 14. http://www.infovisual.info/04/015_en.html

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/edexcel/waves/anintroductiontowavesrev2.shtml

http://www.bbc.co.uk/schools/gcsebitesize/science/edexcel/waves/anintroductiontowavesrev2.shtml

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/tralon.html

http://www.physics.isu.edu/~hackmart/waves100.PDF

http://www.physics.tamu.edu/

http://www.school-for-champions.com/

http://www.fife-education.org.uk/scienceweb/

http://www.picturesof.net/pages/090531-134562-215053.html

http://school.discoveryeducation.com/clipart/clip/guitar-player.html

http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-iii/waves/waves-formation.php

http://www.tutorvista.com/content/physics/physics-iii/waves/waves-formation.php

http://www.physicsclassroom.com/Class/waves/u10l4c.cfm

http://cnx.org/content/m12413/latest/

http://hubpages.com/hub/Science-and-Music

http://www.vector-eps.com/index.php/page/36/

http://www.infovisual.info/04/015_en.html

Documents

Physics Grade 10 Advanced Level · PDF file7 Grade 10 Unit AP.4 Waves and Sound Waves have cycles, frequency, and amplitude, just like oscillations. تازاسحهلاا لثم زاسحها