Скорост на разпространение на вълновите фактори и как се измерва



на скорост на разпространение на вълната е величината, която измерва скоростта, с която нарушението на вълната се разпространява по протежение на неговото изместване. Скоростта, с която се разпространява вълната, зависи както от вида на вълната, така и от средата, през която тя се разпространява.

Логично е, че няма да се движи със същата скорост на вълна, която се движи през въздуха така, че тази, която го прави през земята или морето. По същия начин, сеизмична вълна, звук или светлина не напредва със същата скорост. Например, във вакуум електромагнитните вълни се разпространяват със скоростта на светлината; т.е. на 300 000 km / s.

При звук във въздуха скоростта на разпространение е 343 m / s. Като цяло, за механичните вълни, скоростта през материал зависи главно от две от характеристиките на средата: неговата плътност и твърдост. Във всеки случай, обикновено скоростта е свързана със стойността на дължината на вълната и периода.

Връзката може да се изрази математически чрез коефициент: v = λ / T, където v е скоростта на вълната, измерена в метри в секунда, λ е дължината на вълната, измерена в метри, а T е периодът, измерен в секунди..

индекс

  • 1 Как се измерва?
  • 2 Фактори, от които зависи
    • 2.1. Скорост на разпространение на напречните вълни на низ
    • 2.2 Скорост на разпространение на звука
    • 2.3 Скорост на разпространение на електромагнитни вълни
  • 3 Упражнения са решени
    • 3.1 Първо упражнение
    • 3.2 Второ упражнение
  • 4 Препратки

Как се измерва?

Както вече бе споменато по-горе, като цяло скоростта на вълната се определя от дължината на вълната и нейния период.

Следователно, като се има предвид, че периодът и честотата на вълната са обратно пропорционални, може да се каже, че скоростта зависи от честотата на вълната..

Тези отношения могат да бъдат изразени математически по следния начин:

v = λ / T = λ ∙ f

В този израз f е честотата на вълната, измерена в Hz.

Такава връзка е просто друг начин за изразяване на връзката между скоростта, пространството и времето: v = s / t, където s представлява пространството, изминато от тяло в движение.

Следователно, за да се знае скоростта, с която се разпространява вълната, е необходимо да се знае нейната дължина на вълната и или периодът, или неговата честота. От гореизложеното става ясно, че скоростта не зависи нито от енергията на вълната, нито от нейната амплитуда.

Например, ако искате да измерите скоростта на разпространение на вълна по въже, това може да се направи, като се определи времето, което е необходимо, за да се премине от една точка на въжето към друга..

Фактори, от които зависи

В крайна сметка скоростта на разпространение на вълната ще зависи както от вида на вълната, така и от характеристиките на средата, през която тя се движи. По-долу са посочени някои конкретни случаи.

Скоростта на разпространение на напречните вълни на низ

Много прост и много графичен пример за разбиране на факторите, от които нормално зависи скоростта на вълната, е този на напречните вълни, които се движат по низа..

Следният израз позволява да се определи скоростта на разпространение на тези вълни:

v = √ (T / μ)

В този израз μ е линейната плътност в килограми на метър и T е напрежението на струната.

Скорост на разпространение на звука

Звукът е частен случай на механична вълна; следователно тя изисква средства за движение, без да е в състояние да го направи във вакуум.

Скоростта, с която звукът преминава през материалната среда, ще бъде функция на характеристиките на средата, през която се предава: температура, плътност, налягане, влажност и т.н..

Звукът се движи по-бързо в тела в твърдо състояние, отколкото в течности. По същия начин, той напредва по-бързо в течности, отколкото в газове, така че пътува по-бързо във вода, отколкото във въздуха

По-специално, скоростта му на разпространение във въздуха е 343 m / s, когато е при температура от 20 ºC..

Скорост на разпространение на електромагнитните вълни

Електромагнитните вълни, които са вид напречни вълни, се разпространяват в пространството. Следователно, те не изискват средства за движение: те могат да пътуват през празнотата.

Електромагнитните вълни се движат с около 300 000 km / s (скорост на светлината), въпреки че, в зависимост от тяхната скорост, те са групирани в честотни обхвати, съставящи това, което се нарича електромагнитен спектър..

Решени упражнения

Първо упражнение

Изчислете скоростта, с която се разпространява напречна вълна през въже с дължина 6 m, ако опъването на въжето е 8 N и общата му маса е 12 kg.

разтвор

Първото нещо, което трябва да се изчисли, е линейната плътност на низ:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

След като това е направено, вече е възможно да се определи скоростта на разпространение, за която тя се замества в израза:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Второ упражнение

Известно е, че честотата на музикалната нота е 440 Hz.Определете каква е нейната дължина на вълната както във въздуха, така и във водата, като знаете, че скоростта на разпространение във въздуха е 340 m / s, докато в водата достига 1400 m / s.

разтвор

За да изчислим дължината на вълната изчистваме λ от следния израз:

v = λ ∙ f

Получавате: λ = v / f

Като заместим данните от извлечението, стигаме до следните резултати:

λ въздух = 340/440 = 0.773 m

λ вода = 1400/440 = 3.27 m

препратки

  1. Вълна (n.d.). В Уикипедия. Възстановен на 19 май 2018 г. от en.wikipedia.org.
  2. Фазова скорост (n.d.). В Уикипедия. Възстановен на 19 май 2018 г. от en.wikipedia.org.
  3. Скорост на звука (n.d.). В Уикипедия. Възстановен на 19 май 2018 г. от en.wikipedia.org.
  4. Фидалго Санчес, Хосе Антонио (2005). Физика и химия. Еверест
  5. Дейвид С. Касиди, Джералд Джеймс Холтън, Флойд Джеймс Ръдърфорд (2002). Разбиране на физиката. Birkhauser.
  6. Френски, A.P. (1971). Вибрации и вълни (M.I.T.. Нелсън Торн.
  7. Крауфорд младши, Франк С. (1968). Вълни (Курс по физика на Бъркли, том 3), McGraw-Hill.