2023 A/L Physics Past Paper · Question 24 (Tamil Medium)

Answer: (1) (A) மாத்திரம் உண்மையானது.

வினா என்ன கேட்கிறது

எமக்குத் தெரிந்தவை:

இராட்டினம் வலஞ்சுழியாகச் சுற்றுகிறது. எனவே $P$ மேலே, $Q$ வலப்பக்கத்தில், $R$ கீழே, $S$ இடப்பக்கத்தில் உள்ளன.

ஒலிபெருக்கி $X$ இராட்டினத்துக்கு அருகே, அதன் வலப்பக்கத்தில் உள்ளது. உருவில் அது $S$, மையம், $Q$ ஆகியவற்றுடன் ஒரே மட்டத்தில் உள்ளது.

ஒலிபெருக்கி மாறா மீடிறன் $f_0$ உடைய ஒலியைத் தொடர்ந்து வெளிவிடுகிறது.

கண்டுபிடிக்க வேண்டியது: மனிதனுக்குக் கேட்கும் சுருதி பற்றிய கூற்றுகள் (A), (B), (C) இல் எவை உண்மை.

ஒவ்வோர் எழுத்தும் எதைக் குறிக்கிறது:

$f_0$ ($\text{Hz}$): ஒலிபெருக்கியின் ஒலியின் மீடிறன்.

$f$ ($\text{Hz}$): மனிதனுக்குக் கேட்கும் ஒலியின் மீடிறன்.

$v$ ($\text{m s}^{-1}$): வளியில் ஒலியின் வேகம்.

$u$ ($\text{m s}^{-1}$): இராட்டினத்தில் மனிதனின் வேகம்.

$\varphi$ ($^\circ$): மனிதனின் பாதைக்கும் அவனிலிருந்து $X$ வரையிலான கோட்டுக்கும் இடையிலான கோணம்.

$u_0$ ($\text{m s}^{-1}$): $X$ க்கான கோட்டின் வழியே உள்ள அவன் வேகத்தின் பகுதி.

தொடர்புடைய கோட்பாடு

புகையிரதம் உம்மை அணுகும்போது உம்மால் கேட்கப்படும் சுருதி மீடிறன், ஹோர்ண் ஒலியினால் காலப்படும் இயற்கை மீடிறன் $f_0$ ஐ விட உயர்ந்ததாகத் தோற்றமளிக்கும்

புகையிரதம் உம்மைக் கடந்து இயங்கத் தொடங்குகையில் ஒலியின் சுருதி மீடிறன் $f_0$ ஐ விடக் குறைந்து தாழ் சுருதிக்கு உடனடியாக வீழ்ச்சியடையும்.

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

ஆனால் அவதானி ஒலிமுதலை நோக்கி $u_0$ உடன் இயங்குவதால், அவதானி சார்பாக ஒலியின் வேகம் $v + u_0$ ஆகமாற்றமடையும்.

தெரிவுகளை ஆராய்தல்

தெரிவுகள் (A), (B), (C) இன் சேர்க்கைகள்.

ஒவ்வொரு கூற்றையும் தனித்தனியாகச் சோதிப்போம்.

உதாரணமாக, ஒரே சீராக அடிக்கும் ஒரு பள்ளிக்கூட மணியைக் கருதுங்கள். ஒரு சிறுவன் மணியை நோக்கி நேராக ஓடுகிறான். அவன் நிற்கும்போதை விட மணி ஒலிகள் அடிக்கடி அவனை அடைகின்றன.

இப்போது அவன் மணியிலிருந்து நேராக விலகி ஓடுகிறான். ஒலிகள் அரிதாக அவனை அடைகின்றன.

அவன் மணியைச் சுற்றி வட்டத்தில் ஓடினால், மணிக்கான கோட்டுக்குக் குறுக்கே ஓடும் கணத்தில் ஒலிகள் வழக்கமான வேகத்தில் அவனை அடைகின்றன.

வட்டத்தின் வேறு இடங்களில் அவன் மணியை நோக்கிச் சற்றே, அல்லது மணியிலிருந்து விலகிச் சற்றே ஓடுகிறான். அந்தப் பகுதியே கணக்கில் வரும்.

எனவே முக்கியமானது, மனிதனிலிருந்து ஒலிபெருக்கி வரையிலான கோட்டின் வழியே உள்ள அவன் வேகத்தின் பகுதி.

காரணம் / கணக்கீடு

$u_0 = u\cos\varphi$

$f = \left(\dfrac{v + u_0}{v}\right)f_0$

$f = \left(\dfrac{v - u_0}{v}\right)f_0$

$f = f_0$

உள்ளே வரும்போது $u_0$ மிகப் பெரிதாக இருக்கும் இடத்தில் சுருதி மிக உயர்வு, வெளியே செல்லும்போது $u_0$ மிகப் பெரிதாக இருக்கும் இடத்தில் சுருதி மிகத் தாழ்வு.

$u_0 = u\cos\varphi$ மனிதன் கோட்டின் வழியே நேராக இயங்கும்போது, $\varphi = 0^\circ$ ஆக இருக்கும்போது, மிகப் பெரிதாகி $u$ க்குச் சமனாகும்.

$5$

$L = \sqrt{4^2 + 3^2}$

$0.8$

$\cos\varphi = \dfrac{4}{5}$

$0.8u$

$u_0 = 0.8u$

$d / pow(d * d + r * r, 0.5)$

மனிதன் $Q$, $S$ ஆகிய அமைவுகளில் இருக்கும்போது தொடக்கச் சுருதி கேட்கின்றது.

$Q$ இல் மனிதன் கீழ்நோக்கியும் $S$ இல் மேல்நோக்கியும் இயங்குகிறான். $X$ க்கான கோடு கிடையானது, எனவே இரு இயக்கங்களும் அதற்குக் குறுக்கே. அவன் வேகத்தில் எதுவும் கோட்டின் வழியே இல்லை, எனவே $u_0 = 0$, அவனுக்கு $f_0$ கேட்கும்.

A

மனிதன் அமைவு $P$ இல் இருக்கும்போது மிகக் கூடிய சுருதி கேட்கின்றது.

$P$ இல் மனிதன் வலப்பக்கமாக இயங்குகிறான், ஆனால் $P$ இலிருந்து $X$ வரையிலான கோடு கீழ்நோக்கிச் சரிகிறது, எனவே அவன் வேகத்தில் $0.8u$ அதன் வழியே உள்ளது. $Q$ க்கும் $P$ க்கும் இடையே அவன் நேராக $X$ ஐ நோக்கி இயங்குகிறான், முழு $u$ உம் கோட்டின் வழியே உள்ளது. அங்கே சுருதி $P$ இலும் உயர்வு.

B

மனிதன் அமைவு $R$ இல் இருக்கும்போது மிகக் குறைந்த சுருதி கேட்கின்றது.

$R$ இல் மனிதன் இடப்பக்கமாக இயங்குகிறான், ஆனால் $R$ இலிருந்து $X$ வரையிலான கோடு மேல்நோக்கிச் சரிகிறது, எனவே அவன் வேகத்தின் ஒரு பகுதி அதன் வழியே உள்ளது. $Q$ க்கும் $R$ க்கும் இடையே அவன் நேராக $X$ இலிருந்து விலகி இயங்குகிறான், முழு $u$ உம் கோட்டின் வழியே உள்ளது. அங்கே சுருதி $R$ இலும் தாழ்வு.

C

கூற்று (A) உண்மை, ஏனெனில் கோட்டுக்குக் குறுக்கே மாற்றம் இல்லை.

கூற்று (B) தவறு, ஏனெனில் மிக உயர் சுருதி $Q$ க்கும் $P$ க்கும் இடையே, மனிதன் நேராக $X$ ஐ நோக்கி இயங்கும் இடத்தில் வருகிறது.

கூற்று (C) தவறு, ஏனெனில் மிகத் தாழ் சுருதி $Q$ க்கும் $R$ க்கும் இடையே, மனிதன் நேராக $X$ இலிருந்து விலகி இயங்கும் இடத்தில் வருகிறது.

எனவே (A) ஒரே உண்மைக் கூற்று.

ஏனைய தெரிவுகள் ஏன் தவறு

$P$ இல் மனிதன் நேராக $X$ ஐ நோக்கி இயங்கவில்லை, எனவே (B) தவறு. அவன் அதை $Q$ க்கும் $P$ க்கும் இடையே செய்கிறான்.

$R$ இல் மனிதன் நேராக $X$ இலிருந்து விலகி இயங்கவில்லை, எனவே (C) தவறு. அவன் அதை $Q$ க்கும் $R$ க்கும் இடையே செய்கிறான்.

$Q$, $S$ இல் மனிதன் ஒலிபெருக்கிக்கான கோட்டுக்குக் குறுக்கே இயங்குகிறான், எனவே அவனுக்கு $f_0$ கேட்கும், (A) உண்மை. (B), (C) தவறு.

(A) உண்மை, ஆனால் (B), (C) தவறு. மிக உயர், மிகத் தாழ் சுருதிகள் $Q$ க்கும் $P$ க்கும் இடையேயும் $Q$ க்கும் $R$ க்கும் இடையேயும் வருகின்றன.

முடிவு

கூற்று (A) மாத்திரமே உண்மை. (B), (C) தவறு.

விடை (1).

மேற்கோள்கள் ஒலிபெருக்கிக்கான கோட்டின் வழியே இயங்கும் மனிதனுக்கான விதிகளைத் தருகின்றன. அக்கோட்டுக்குச் சரிவாக இயங்கும் மனிதனுக்கு, கோட்டின் வழியே உள்ள அவன் வேகத்தின் பகுதி $u_0 = u\cos\varphi$ ஐப் பயன்படுத்தினோம்.

ஆசிரியர் குறிப்பு

ஒன்றைக் கேளுங்கள்: மனிதனையும் ஒலிபெருக்கியையும் இணைக்கும் கோட்டின் வழியே அவன் எவ்வளவு வேகமாக அணுகுகிறான், அல்லது விலகுகிறான்?

அணுகினால் சுருதி உயரும், விலகினால் தாழும், கோட்டுக்குக் குறுக்கே இயங்கினால் மாற்றம் இல்லை. மிக உயர், மிகத் தாழ் சுருதிகள் அவன் நேராக ஒலிபெருக்கியை நோக்கியோ அதிலிருந்து விலகியோ இயங்கும் இடங்களில்.

பரீட்சைக் குறிப்பு