Waves & Acoustics

Answers


Unit 12: Springs & Simple Harmonic Motion


Q12.1) 0.69 Hz

Q12.2) 0.0027 J

Q12.3) a) y = 6cos(4.36t)

b)

Q12_3 answer.PNG

Q12.4) 306 N/m

Q12.5) a) 0.79 seconds

b) 0.99 m/s

Q12.6) a) 5.03 m/s

b) 4.79 m/s

c) 6.18 cm [above equilibrium]

Q12.7) 5

Q12.8) a) no change

b) no change

c) the period doubles

d) the period decreases by ~59%

Q12.9) 24.8 cm


Unit 13: Travelling Waves & Sound


Q13.1) 1183 Hz

Q13.2) Transverse waves displace the particles of their medium in a direction perpendicular to the direction of propagation of the wave (like waves on the surface of water). Longitudinal waves displace the particles of their medium in a direction parallel to the direction of propagation of the wave. Sound waves are longitudinal.

Q13.3) a) A = 6m, T = 1s, f = 1s,  λ = 0.5m, v = 0.5m/s

b) positive

Q13.4) a)

Q134_a answer.PNG

b)

Q134_b answer.PNG

c)

Q134_c answer.PNG

Q13.5) a)

Q135_a answer.PNG

b)

Q135_b answer.PNG

c)

Q135_c answer.PNG

Q13.6) y = -6sin(2πt + 4πx)

Q13.7) y = 4sin(539t - 1.57x) [SI units]


Unit 14: Interference & Beat Frequency


Q14.1) Constructive interference occurs when waves overlap while in-phase with each other, resulting in a new wave with double the amplitude. Deconstructive interference is the exact opposite, and occurs when waves overlap while out-of-phase, resulting in the total cancellation of the wave. Active noise-cancellation headphones take advantage of this by emitting sound in an attempt to perfectly cancel incoming noise.

Q14.2)

Q142 answer.PNG

Q14.3) a)

Q143_a answer.PNG

b)

Q143_b answer.PNG

c)

Q143_c answer.PNG

Q14.4) 737 Hz or 743 Hz

Q14.5) a) 106 Hz or 114 Hz

b) 114 Hz

c) 3m


Unit 15: Standing Waves & Harmonics


Q15.1) a) y = -5sin(6πt + 8πx)

b) y = -10cos(6πt)sin(8πx)

Q15.2) N/A (see full solutions)

Q15.3)

Q153 answer.PNG

Q15.4)

Q15.5)

Q155 answer.PNG

Q15.6)

Q15.7) f₁ = 214.4 Hz

f₂ = 428.8 Hz

f₈ = 1715 Hz

Q15.8) f₁ = 71.4 Hz

f₃ = 214.3 Hz

f₁₅ = 1071.9 Hz

Q15.9) 5107 Hz

Q15.10) 1429 Hz


Unit 16: Sound Intensity & Human Hearing


Q16.1) 95 dB

Q16.2) a) 0.159 W/m²

b) 112 dB

Q16.3) 74 dB

Q16.4) 3.16 x 10⁹ times as loud

Q16.5) 1410 m

Q16.6) 4.77 dB

Q16.7) 7.42 x 10⁻⁴ J

Q16.8) 89

Q16.9) 20

Q16.10) 2.7 Calories