Θέματα παγκύπριου διαγωνισμού Φυσικής για τις Ολυμπιάδες Φυσικής.

Διαγωνισμοί της Ένωσης Κυπρίων Φυσικών για τις Ολυμπιάδες Φυσικής.
(Γυμνάσιο, Λύκειο 2007,2008)
(Γ Λυκέιου 2009)

Πατήστε ΕΔΩ και φύγατε για Κύπρο.

Η φωνή τρέχει στον αέρα με 1200 χιλιόμετρα την ώρα.

Μια άμεση μέθοδος μέτρησης της ταχύτητας του ήχου βασίζεται στον ορισμό της.
Να μετρήσουμε σε πόσο χρόνο τρέχει ο ήχος μια ορισμένη απόσταση, όπως την απόσταση μεταξύ ενός κροτούντος πυροβόλου όπλου και ενός παρατηρητή.
Παρατηρητής που βρίσκεται σε μεγάλη απόσταση (π.χ. 30 km) από το σημείο της πυροδότησης πυροβόλου όπλου, μετρά με χρονόμετρο το χρόνο που περνάει από τη στιγμή που βλέπει τη λάμψη του κροτούντος πυροβόλου μέχρι τη στιγμή που ακούει τον κρότο.
Η λάμψη και ο κρότος ξεκινούν ταυτόχρονα. Επειδή όμως το φως διαδίδεται για τις συνήθεις γήινες αποστάσεις πρακτικά ακαριαία, βλέπουμε πρώτα τη λάμψη της εκπυρσοκρότησης και μετά ακούμε τον κρότο.
Ο χρόνος που μετρήθηκε, είναι ο χρόνος που χρειάστηκε ο ήχος να τρέξει την απόσταση μεταξύ του πυροβόλου και του παρατηρητή, οπότε το πηλίκο της απόστασης d δια του χρόνου t , μας δίνει την ταχύτητα διάδοσης του ήχου, που είναι σε συνήθεις συνθήκες περίπου 340 m/s, περίπου 1200 km/h.
Το πείραμα για μεγαλύτερη ακρίβεια, γίνεται μια μέρα που ο άνεμος είναι ελάχιστος (νηνεμία). Οι μετρήσεις γίνονται ακριβέστερες, με δύο πυροβόλα και δυο παρατηρητές (ανά ένας παρατηρητής δίπλα στο κάθε πυροβόλο) για να ελαττωθεί το σφάλμα τυχόν ρευμάτων ανέμου μεταξύ των δύο σημείων.
Αξίζει να αναφερθεί ότι το διάστημα που μεσολαβεί ανάμεσα στη λάμψη του κεραυνού και στον κρότο του μπουμπουνητού, οφείλεται στη βραδύτητα διάδοσης του ήχου σε σχέση με το φως.
Μια καθυστέρηση 2 sec μεταξύ λάμψης και κρότου σε μια αστραπή, σημαίνει ότι το κέντρο της καταιγίδας είναι 660 m μακριά.
Η ταχύτητα διάδοσης του ήχου στον αέρα, εξαρτάται από τον άνεμο, τη θερμοκρασία και την υγρασία, όχι όμως από την ένταση και τη συχνότητα του.
Στον αέρα και σε θερμοκρασία 0 βαθμοί C είναι 331 m/s
Στον αέρα και σε θερμοκρασία 20 βαθμοί C είναι 355 m/s
Στο νερό και σε θερμοκρασία 20 βαθμοί C είναι 1457 m/s
Στο σίδερο είναι περίπου 5000 m/s στο ξύλο 4000 m/s και στο μάρμαρο 2500 m/s.

Μια άλλη μέθοδος άμεσης μέτρησης της ταχύτητα του ήχου βασίζεται στην ηχώ, σε μιά επόμενη ανάρτηση.

ΠΗΓΕΣ
1) Στοιχεία Φυσικής – Κυματική Θεόδωρου Κουγιουμζέλη & Σαλτερή Περιστεράκη
2) Α New Physics: Bryant & Kershaw -1978

Με πόσο τρέχει η φωνή;