2018 A/L Physics Past Paper · Question 36 (Tamil Medium)

நாய்ச் சீழ்க்கை — டொப்ளர் விளைவால் 20 kHz

ஒரு நாய்க்குப் பயிற்சியளிப்பதற்குப் பயன்படுத்தப்படும் ஒரு சீழ்க்கைக் குழல் 22 kHz மீடிறனை உருவாக்குகிறது. இது மனிதனின் கேட்டலின் நுழைவாயிலும் கூடியதாகும். நாய்க்குப் பயிற்சியளிப்பவர் சீழ்க்கைக் குழல் தொழிற்படுவதை உறுதிப்படுத்த வேண்டியுள்ளது. பயிற்சியளிப்பவர் ஒரு நீளமான நேர் வீதிக்கு அருகில் நின்று கொண்டு அவ்வீதியில் செல்லும் ஒரு மோட்டர்க் காரிலிருந்து அச்சீழ்க்கைக் குழலை ஊதுமாறு தனது நண்பர் ஒருவரிடம் கூறுகின்றார். பயிற்சியளிப்பவர் தனது கேட்டலின் நுழைவாய் 20 kHz இல் சீழ்க்கைக் குழலின் ஒலியைக் கேட்பதற்கு மோட்டர்க் காருக்கு இருக்க வேண்டிய கதியும் அதன் இயக்கத் திசையும் முறையே (வளியில் ஒலியின் கதி 340 m s−1340\ \text{m s}^{-1} ஆகும்)

  1. (1) 31 m s−131\ \text{m s}^{-1}, பயிற்சியளிப்பவரிலிருந்து அப்பால்
  2. (2) 32 m s−132\ \text{m s}^{-1}, பயிற்சியளிப்பவரிலிருந்து அப்பால்
  3. (3) 34 m s−134\ \text{m s}^{-1}, பயிற்சியளிப்பவரிலிருந்து அப்பால்
  4. (4) 32 m s−132\ \text{m s}^{-1}, பயிற்சியளிப்பவரை நோக்கி
  5. (5) 34 m s−134\ \text{m s}^{-1}, பயிற்சியளிப்பவரை நோக்கி
Answer and explanation

Answer: (3) 34 m s−134\ \text{m s}^{-1}, பயிற்சியளிப்பவரிலிருந்து அப்பால்

தரப்பட்ட தகவல்கள்

எமக்குத் தெரிந்தவை: சீழ்க்கைக் குழல் f=22f = 22 kHz ஐத் தருகிறது.

பயிற்சியளிப்பவருக்கு f′=20f' = 20 kHz வரை கேட்கும்.

ஒலியின் கதி v=340 m s−1v = 340\ \text{m s}^{-1}.

பயிற்சியளிப்பவர் அசையாமல் நிற்கிறார். சீழ்க்கைக் குழல் காருடன் இயங்குகிறது.

வினா என்ன கேட்கிறது

கண்டுபிடிக்க வேண்டியது: பயிற்சியளிப்பவருக்கு 20 kHz கேட்க காரின் கதியும் திசையும்.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

எனவே டொப்ளரின் விளைவு என்பது அவதானி ஒருவருக்கும் ஒலியைக் காலும் முதல் ஒன்றுக்கும் இடையில் சார்பியக்கம் இருக்கும் போதும் அவதானியினால் கேட்கப்படும் மீடிறனில் (சுருதி) ஏற்படும் தோற்றமாற்றமாகும்.

உம்மைக் கடந்த பின்னர் இத்தாழ் சுருதியானது மாற்றமடையாதிருக்கும்.

பயிற்சியளிப்பவருக்குக் குறைந்த மீடிறன் கேட்க வேண்டும்.

ஆகவே முதல் அவரிலிருந்து அப்பால் செல்ல வேண்டும்.

அப்பால் செல்லும் முதலின் பின்னால் அலைநீளம் கூடுகிறது.

λ=v+usf\lambda = \frac{v + u_s}{f}

தேவையான சமன்பாடுகள்

f′=f vv+usf' = f\,\frac{v}{v + u_s}

us=v(ff′−1)u_s = v\left(\frac{f}{f'} - 1\right)

வினாவுடன் தொடர்புபடுத்தல்

us=340(2220−1)u_s = 340\left(\frac{22}{20} - 1\right)

3434

us=340×0.1u_s = 340 \times 0.1

காரணம் / கணக்கீடு

f′=22×340340+34f' = 22 \times \frac{340}{340 + 34}

2020

f′=22×340374f' = 22 \times \frac{340}{374}

ஆகவே கார் 34 m s−134\ \text{m s}^{-1} இல், பயிற்சியளிப்பவரிலிருந்து அப்பால் செல்கிறது.

சரிபார்ப்பு

v∗(f/f2−1)v * (f / f2 - 1)

அலகைச் சோதிப்போம்.

vv இன் அலகு m s−1\text{m s}^{-1}. f/f′f/f' இற்கு அலகு இல்லை.

ஆகவே usu_s இன் அலகு m s−1\text{m s}^{-1}.

விடை பொருத்தமானதா?

34 m s−134\ \text{m s}^{-1} ஏறத்தாழ 122 km h−1122\ \text{km h}^{-1}. ஒரு கார் இந்தக் கதியில் செல்லலாம்.

மீடிறன் 10% ஆல் மாறுகிறது. ஆகவே காருக்கு ஒலியின் கதியின் 10% தேவை.

முடிவு

us=340(2220−1)=34 m s−1u_s = 340\left(\frac{22}{20} - 1\right) = 34\ \text{m s}^{-1}

கார் பயிற்சியளிப்பவரிலிருந்து அப்பால் செல்ல வேண்டும்.

us=340(2220−1)=34 m s−1u_s = 340\left(\frac{22}{20} - 1\right) = 34\ \text{m s}^{-1}

விடை தெரிவு (3).

முதல் இயங்கும்போது இயங்கும் அவதானியின் சூத்திரத்தைப் பயன்படுத்துதல்.

முதல் இயங்கும்போது v±usv \pm u_s பகுதியில் வருகிறது.

அப்பால் செல்லும்போது: f′=fvv+usf' = f\frac{v}{v + u_s}.

ஆராய்க

நண்பர் மோட்டர்க் காரில் சீழ்க்கைக் குழலை ஊதுகிறார். நாய்க்குக் கேட்கிறது. பயிற்சியளிப்பவருக்குக் கேட்பதில்லை.

கார் பயிற்சியளிப்பவரிலிருந்து அப்பால் செல்கிறது. நாய் காரின் பின்னால் ஓடுகிறது.

காரின் பின்னால் அலைநீளம் கூடுகிறது. ஆகவே பயிற்சியளிப்பவருக்குக் கேட்கும் மீடிறன் குறைகிறது.

கார் 34 m s−134\ \text{m s}^{-1} இல் செல்லும்போது அவருக்கு 20 kHz கேட்கிறது.

සිංහල · English