第16章波動
Problems問題
Exercises 65–79練習問題 65–79
Exercise 65問題 65
A string of length 5 m and a mass of 90 g is held under a tension of 100 N. A wave travels down the string that is modeled as What is the power over one wavelength?
英語のヒント
長さ5 m、質量90 gの糸に100 Nの張力をかける。糸を伝わる波をで表す。1波長にわたる仕事率はいくらか。
Solution解き方
Exercise 66問題 66
Ultrasound of intensity is produced by the rectangular head of a medical imaging device measuring 3.00 cm by 5.00 cm. What is its power output?
英語のヒント
強度の超音波が、医療用画像装置の3.00 cm × 5.00 cmの長方形のヘッドから出る。その出力はいくらか。
Exercise 67問題 67
The low-frequency speaker of a stereo set has a surface area of and produces 1 W of acoustical power. (a) What is the intensity at the speaker? (b) If the speaker projects sound uniformly in all directions, at what distance from the speaker is the intensity ?
英語のヒント
ステレオの低音用スピーカーの表面積はで、音響出力は1 Wである。(a) スピーカーでの強度はいくらか。(b) 音を全方向へ一様に放射するとき、スピーカーからどれだけ離れると強度はになるか。
Solution解き方
a. b.
Exercise 68問題 68
To increase the intensity of a wave by a factor of 50, by what factor should the amplitude be increased?
英語のヒント
波の強度を50倍にするには、振幅を何倍にする必要があるか。
Exercise 69問題 69
A device called an insolation meter is used to measure the intensity of sunlight. It has an area of and registers 6.50 W. What is the intensity in ?
英語のヒント
日射計という装置で日光の強度を測る。面積はで、6.50 Wを示している。強度はでいくらか。
Solution解き方
Exercise 70問題 70
Energy from the Sun arrives at the top of Earth’s atmosphere with an intensity of . How long does it take for to arrive on an area of ?
英語のヒント
太陽からのエネルギーは、強度で地球の大気上端に届く。面積にが届くまでに、どれだけの時間がかかるか。
Exercise 71問題 71
Suppose you have a device that extracts energy from ocean breakers in direct proportion to their intensity. If the device produces 10.0 kW of power on a day when the breakers are 1.20 m high, how much will it produce when they are 0.600 m high?
英語のヒント
海の砕波から、その強度に正比例する量のエネルギーを取り出す装置があるとする。波高1.20 mの日に10.0 kWを発生するなら、波高0.600 mの日にはいくら発生するか。
Solution解き方
Exercise 72問題 72
A photovoltaic array of (solar cells) is efficient in gathering solar energy and converting it to electricity. If the average intensity of sunlight on one day is , what area should your array have to gather energy at the rate of 100 W? (b) What is the maximum cost of the array if it must pay for itself in two years of operation averaging 10.0 hours per day? Assume that it earns money at the rate of 9.00 cents per kilowatt-hour.
英語のヒント
太陽電池のアレイは、太陽エネルギーを集めて電気へ変換する効率がである。ある1日の平均日射強度がなら、100 Wの割合でエネルギーを集めるには、どれだけの面積が必要か。(b) 平均1日10.0時間の運転を2年間行って購入費を回収する必要がある場合、アレイの価格の上限はいくらか。1キロワット時当たり9.00セントの収入を得るとする。
Exercise 73問題 73
A microphone receiving a pure sound tone feeds an oscilloscope, producing a wave on its screen. If the sound intensity is originally , but is turned up until the amplitude increases by , what is the new intensity?
英語のヒント
純音を受けたマイクの信号をオシロスコープへ送り、画面に波形を表示する。元の音の強度はで、音量を上げると振幅が増えた。新しい強度はいくらか。
Solution解き方
Exercise 74問題 74
A string with a mass of 0.30 kg has a length of 4.00 m. If the tension in the string is 50.00 N, and a sinusoidal wave with an amplitude of 2.00 cm is induced on the string, what must the frequency be for an average power of 100.00 W?
英語のヒント
質量0.30 kgの糸の長さは4.00 mである。張力50.00 Nの糸に振幅2.00 cmの正弦波を作るとき、平均の仕事率を100.00 Wにするには振動数をいくらにすればよいか。
Exercise 75問題 75
The power versus time for a point on a string in which a sinusoidal traveling wave is induced. The wave is modeled with the wave equation . What is the frequency and amplitude of the wave?
英語のヒント
正弦進行波を作った糸のある点における、仕事率と時間の関係を示す。波は波動方程式で表される。振動数と振幅はいくらか。
Solution解き方
Exercise 76問題 76
A string is under tension . Energy is transmitted by a wave on the string at rate by a wave of frequency . What is the ratio of the new energy transmission rate to if the tension is doubled?
英語のヒント
糸に張力がかかっている。振動数の波が、糸を通しての割合でエネルギーを伝える。張力を2倍にしたとき、新しいエネルギー伝達率との比はいくらか。
Exercise 77問題 77
A 250-Hz tuning fork is struck and the intensity at the source is at a distance of one meter from the source. (a) What is the intensity at a distance of 4.00 m from the source? (b) How far from the tuning fork is the intensity a tenth of the intensity at the source?
英語のヒント
250 Hzの音叉をたたくと、音源から1 mの場所での強度がとなる。(a) 音源から4.00 mでの強度はいくらか。(b) 音叉からどれだけ離れると、強度は音源での値の10分の1になるか。
Solution解き方
a. ; b.
a. b.
Exercise 78問題 78
A sound speaker is rated at a voltage of and a current of Electrical power consumption is . To test the speaker, a signal of a sine wave is applied to the speaker. Assuming that the sound wave moves as a spherical wave and that all of the energy applied to the speaker is converted to sound energy, how far from the speaker is the intensity equal to
英語のヒント
スピーカーの定格電圧は、定格電流はである。消費電力はである。試験のため、正弦波の信号をスピーカーへ加える。音波は球面波として進み、スピーカーに供給したエネルギーはすべて音のエネルギーへ変わるとする。どれだけ離れると強度はになるか。
Exercise 79問題 79
The energy of a ripple on a pond is proportional to the amplitude squared. If the amplitude of the ripple is 0.1 cm at a distance from the source of 6.00 meters, what was the amplitude at a distance of 2.00 meters from the source?
英語のヒント
池の波紋のエネルギーは、振幅の2乗に比例する。波源から6.00 mでの振幅が0.1 cmなら、2.00 mではいくらだったか。
Solution解き方
intensity (I)
強度(I)
power per unit area
英語のヒント
単位面積当たりの仕事率