Successfully reported this slideshow.
We use your LinkedIn profile and activity data to personalize ads and to show you more relevant ads. You can change your ad preferences anytime.
PHYS	
  101	
  Learning	
  Object:	
  
Sound	
  Wave	
  Speed	
  &	
  Phase	
  of	
  
Medium	
  
Damian	
  Feldman-­‐Kiss	...
Sound	
  Wave	
  Speed	
  &	
  Phase	
  of	
  
Medium	
  
Do	
  sound	
  waves	
  travel	
  faster	
  through	
  water	
  ...
QuesLon	
  
Knowing	
  that	
  your	
  physics	
  midterm	
  is	
  coming	
  up,	
  you	
  
want	
  to	
  have	
  some	
  ...
Useful	
  Info	
  
	
  
Approximate	
  velocity	
  of	
  a	
  sound	
  wave	
  in	
  dry	
  air:	
  	
  
v	
  =	
  331	
  ...
SoluLon	
  
Strategy	
  
•  What	
  are	
  we	
  given	
  and	
  what	
  do	
  we	
  need	
  to	
  
solve?	
  	
  
•  Visu...
Step	
  1:	
  Given	
  and	
  unknown	
  values	
  
BWater(l)	
  =	
  2.2	
  x	
  109	
  Pa	
  
ρWater(l)	
  =	
  1	
  000...
Step	
  2:	
  Draw	
  a	
  Picture	
  
Air:	
  
Water(l):	
  
Hey!!	
  
50	
  m	
  
50	
  m	
  
Hey!!	
  
Step	
  3:	
  EquaLons	
  
Velocity	
  of	
  a	
  sound	
  wave:	
  v	
  =	
  √(B/ρ)	
  
Approximate	
  velocity	
  of	
  ...
Step	
  4:	
  Solve	
  Unknown	
  Values	
  
vWater(l)	
  =	
  √(B/ρ)	
  
tWater(l)	
  	
  =	
  d/v	
  =>	
  d/(√(B/ρ))	
 ...
Step	
  5:	
  Final	
  Answer	
  
At	
  20˚C,	
  it	
  takes	
  approximately	
  0.0337	
  s	
  for	
  
sound	
  waves	
  ...
Learning	
  Goal	
  1	
  
As	
  we	
  just	
  observed,	
  the	
  propagaLon	
  speed	
  of	
  a	
  
sound	
  wave	
  depe...
Learning	
  Goal	
  2	
  –	
  Why?	
  
A	
  sound	
  wave	
  is	
  a	
  longitudinal	
  wave—as	
  the	
  wave	
  propagat...
Learning	
  Goal	
  2	
  –	
  Why?	
  
The	
  bulk	
  modulus	
  describes	
  how	
  resistant	
  a	
  medium	
  is	
  to	...
QuesLon	
  2	
  
Mercury	
  is	
  a	
  very	
  dense	
  liquid	
  	
  
(ρ	
  =	
  13	
  534	
  kg/m3).	
  Its	
  bulk	
  m...
SoluLon	
  
v	
  =	
  √(B/ρ)	
  
v	
  =	
  √(2.85	
  x	
  1010	
  Pa	
  	
  /	
  13	
  534	
  kg/m3)	
  
v	
  =	
  1	
  45...
References	
  
Dr.’s	
  Bates	
  and	
  Ropler.	
  2015.	
  PHYS	
  101,	
  202	
  
Lecture	
  Slides.	
  	
  
	
  
Hawkes...
Upcoming SlideShare
Loading in …5
×

Phys 101 learning object

LO

  • Login to see the comments

  • Be the first to like this

Phys 101 learning object

  1. 1. PHYS  101  Learning  Object:   Sound  Wave  Speed  &  Phase  of   Medium   Damian  Feldman-­‐Kiss   12036133  
  2. 2. Sound  Wave  Speed  &  Phase  of   Medium   Do  sound  waves  travel  faster  through  water  or   through  air?  Make  a  predicLon.     Now  that  you  have  your  predicLon,  lets  solve  a   simple  physics  problem  and  explore  the  science   behind  the  phenomenon!  
  3. 3. QuesLon   Knowing  that  your  physics  midterm  is  coming  up,  you   want  to  have  some  fun  with  science  to  keep  your  brain   acLve.  You  decide  to  see  how  fast  sound  travels  in  the   dry  air  outside  the  pool  versus  in  the  water.  You  and  your   pal  shout  at  each  other  from  50  m  apart  outside  the  pool.   You  then  head  inside,  get  changed  and  try  again,  but  this   Lme  under  water.  Calculate  the  Lme  it  takes  for  the   sound  waves  to  travel  to  your  pal  in  each  case.  Assume   temperature  is  20˚C  for  both  scenarios.  Some  helpful   values  follow.  Report  your  answer  with  3  sig.  figs.  to   emphasize  the  difference  in  Lmes.  
  4. 4. Useful  Info     Approximate  velocity  of  a  sound  wave  in  dry  air:     v  =  331  ms-­‐1  +  (0.6  m(s  C)-­‐1)  x  T   (T  measured  in  Celsius)     v  =  √(B  /  ρ)     See  below  for  soluLon   Bulk  modulus   (Pa)     Density  (kg/ m3)   Water(l)  20˚C       2.2  x  109     1  000    
  5. 5. SoluLon   Strategy   •  What  are  we  given  and  what  do  we  need  to   solve?     •  Visualize  problem   •  Manipulate  equaLons  and  solve  
  6. 6. Step  1:  Given  and  unknown  values   BWater(l)  =  2.2  x  109  Pa   ρWater(l)  =  1  000  kg/m3   vWater(l)  =  ?   T  =  20˚C   vAir  =  ?   d  =  50  m   tAir    =  ?   tWater(l)  =  ?  
  7. 7. Step  2:  Draw  a  Picture   Air:   Water(l):   Hey!!   50  m   50  m   Hey!!  
  8. 8. Step  3:  EquaLons   Velocity  of  a  sound  wave:  v  =  √(B/ρ)   Approximate  velocity  of  a  sound  wave  in  dry  air:   v  =  331  ms-­‐1  +  (0.6  m(s  C)-­‐1)  x  T     Time:  v  =  d/t  =>  t  =  d/v  
  9. 9. Step  4:  Solve  Unknown  Values   vWater(l)  =  √(B/ρ)   tWater(l)    =  d/v  =>  d/(√(B/ρ))   =  50m(√(2.2  x  109  Pa  /  1  000  kg/m3))   =  0.0337  s     vsound  wave  in  dry  air  =  331  ms-­‐1  +  (0.6  m(s  C)-­‐1)  x  T   tAir    =  d/v  =>  d/(331  ms-­‐1  +  (0.6  m(s  C)-­‐1)  x  20  C)   =  0.146  s    
  10. 10. Step  5:  Final  Answer   At  20˚C,  it  takes  approximately  0.0337  s  for   sound  waves  to  travel  50  m  in  liquid  water,  and   approx.  0.146  s  in  dry  air.  In  other  words,  sound   waves  travel  approx.  4  Lmes  faster  in  liquid   water  than  in  air  under  these  condiLons.      
  11. 11. Learning  Goal  1   As  we  just  observed,  the  propagaLon  speed  of  a   sound  wave  depends  on  the  properLes  of  the   medium.     Let’s  examine  this  in  more  detail.       (Dr.’s  Bates  &  Ropler,  2015,  Lecture  17)    
  12. 12. Learning  Goal  2  –  Why?   A  sound  wave  is  a  longitudinal  wave—as  the  wave  propagates   through  an  elasLc  medium,  the  medium  alternates  between   regions  of  compression  and  rarefacLon.     The  wave  speed  (v)  equals  the  square  root  of  the  bulk   modulus  (B)  divided  by  the  density  of  the  medium  (p):     v  =  √(B/ρ)     The  bulk  modulus  is  defined  as  “the  raLo  of  the  change  in   pressure  divided  by  the  fracLonal  change  in  volume.”     (Hawkes  et  al.,  2014,  p.  425)    
  13. 13. Learning  Goal  2  –  Why?   The  bulk  modulus  describes  how  resistant  a  medium  is  to   compression.       Liquids  are  nearly  incompressible,  while  gases  are  compressible.   Liquids  are  denser  than  gases.  Sound  waves  generally  propagate  faster   through  a  liquid  medium  than  a  gaseous  medium  because  of  the   difference  in  the  compressibility  and  density  between  the  two  phases.       But  wait,  what  about  the  concomitant  increase  in  density  from  gases   to  liquids?  Would  this  not  compensate  for  the  difference  in  bulk   modulus  between  the  two  phases?  It  turns  out  that  liquids  are  indeed   so  resistant  to  compression  that  this  is  not  the  case.  Lets  look  at   another  quesLon  to  drive  this  point  home.     (Hawkes  et  al.,  2014,  p.  425-­‐426)    
  14. 14. QuesLon  2   Mercury  is  a  very  dense  liquid     (ρ  =  13  534  kg/m3).  Its  bulk  modulus  is  2.85  x   1010  Pa.  Determine  the  speed  of  sound  in  liquid   mercury.    
  15. 15. SoluLon   v  =  √(B/ρ)   v  =  √(2.85  x  1010  Pa    /  13  534  kg/m3)   v  =  1  450  m/s     The  speed  of  sound  in  liquid  mercury  is     1  450  m/s.    
  16. 16. References   Dr.’s  Bates  and  Ropler.  2015.  PHYS  101,  202   Lecture  Slides.       Hawkes  et  al.  2014.  Physics  for  ScienLsts  and   Engineers:  An  interacLve  Approach.  Revised   Custom  Volume  1:  PHYS  101.  Custom  Ed  UBC.    

×