Faktorer og måling af bølgeforplantningshastighed

Det hastighed for udbredelse af en bølge er størrelsen, der måler den hastighed, hvormed bølgeforstyrrelsen udbreder sig langs dens forskydning. Den hastighed, hvormed bølgen udbreder sig, afhænger af både bølgetypen og det medium, gennem hvilken den udbreder sig..

Logisk set bevæger en bølge, der bevæger sig gennem luften, ikke med samme hastighed som en, der bevæger sig gennem landet eller havet. Tilsvarende rykker en seismisk bølge, lyd eller lys ikke frem i samme hastighed. For eksempel formeres i vakuum elektromagnetiske bølger med lysets hastighed; det vil sige ved 300.000 km / s.

I tilfælde af lyd i luft er dens udbredelseshastighed 343 m / s. Generelt afhænger hastigheden gennem et materiale hovedsageligt af to af mediumets egenskaber for mekaniske bølger: dens densitet og dens stivhed. Under alle omstændigheder er hastigheden generelt relateret til værdien af ​​bølgelængden og perioden.

Forholdet kan udtrykkes matematisk gennem kvotienten: v = λ / T, hvor v er hastigheden på bølgen målt i meter pr. Sekund, λ er bølgelængden målt i meter og T er perioden målt i sekund.

Artikelindeks

• 1 Hvordan måles det??
• 2 faktorer, som det afhænger af
  • 2.1 Formationshastighed for tværgående bølger i en streng
  • 2.2 Hastighed af lydudbredelse
  • 2.3 Formationshastighed af elektromagnetiske bølger
• 3 Løst øvelser
  • 3.1 Første øvelse
  • 3.2 Anden øvelse
• 4 Referencer

Som målt?

Som nævnt ovenfor bestemmes hastigheden af ​​en bølge generelt af dens bølgelængde og dens periode..

Da periode og hyppighed af en bølge er omvendt proportional, kan det derfor også siges, at hastigheden afhænger af bølgefrekvensen..

Disse forhold kan udtrykkes matematisk således:

v = λ / T = λ ∙ f

I dette udtryk er f frekvensen af ​​bølgen målt i Hz.

Dette forhold er bare en anden måde at udtrykke forholdet mellem hastighed, rum og tid på: v = s / t, hvor s repræsenterer det rum, der krydses af en bevægende krop.

Derfor, for at kende den hastighed, hvormed en bølge udbreder sig, er det nødvendigt at kende dens bølgelængde og enten dens periode eller dens frekvens. Af ovenstående kan det tydeligt udledes, at hastigheden ikke afhænger af bølgenergien eller dens amplitude..

For eksempel, hvis du vil måle udbredelseshastigheden for en bølge langs et reb, kan du gøre det ved at bestemme den tid, det tager for en forstyrrelse at gå fra et punkt på rebet til et andet..

Faktorer det afhænger af

I sidste ende vil udbredelseshastigheden for en bølge afhænge af både bølgetypen og karakteristika for det medium, gennem hvilken den bevæger sig. Her er nogle specifikke tilfælde.

Formationshastighed af tværgående bølger i en streng

Et meget simpelt og meget grafisk eksempel for at forstå, hvilke faktorer som en bølges hastighed normalt afhænger af, er for de tværgående bølger, der bevæger sig langs en streng.

Følgende udtryk giver os mulighed for at bestemme forplantningshastigheden for disse bølger:

v = √ (T / μ)

I dette udtryk er μ den lineære densitet i kg pr. Meter, og T er strengens spænding.

Lydformeringshastighed

Lyd er et specielt tilfælde af en mekanisk bølge; Derfor kræver det et middel til at kunne bevæge sig, ikke være i stand til at gøre det i et vakuum.

Den hastighed, hvormed lyd bevæger sig gennem et materialemedium, vil være en funktion af karakteristika for mediet, gennem hvilket det transmitteres: temperatur, tæthed, tryk, fugtighed osv..

Lyd bevæger sig hurtigere i faststoflegemer end i væsker. På samme måde bevæger den sig hurtigere i væsker end i gasser, så den bevæger sig hurtigere i vand end i luft.

Specifikt er dens formeringshastighed i luften 343 m / s, når den har en temperatur på 20 ºC..

Formationshastighed af elektromagnetiske bølger

Elektromagnetiske bølger, som er en type tværgående bølger, spreder sig gennem rummet. Derfor kræver de ikke et bevægelsesmiddel: de kan rejse gennem et tomrum..

Elektromagnetiske bølger bevæger sig omkring 300.000 km / s (lysets hastighed), selvom de afhængigt af deres hastighed er grupperet i frekvensområder, der sammensætter det, der kaldes det elektromagnetiske spektrum..

Løst øvelser

Første øvelse

Beregn hastigheden, hvormed en tværbølge bevæger sig gennem et 6 m langt reb, hvis spændingen i rebet er 8 N og dets samlede masse er 12 kg.

Opløsning

Den første ting, der er nødvendigt at beregne, er strengens lineære tæthed:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Når dette er gjort, er det muligt at bestemme forplantningshastigheden, som den er substitueret med i udtrykket:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Anden øvelse

Det vides, at frekvensen af ​​musiknoten er 440 Hz. Bestem, hvad der er dens bølgelængde både i luft og i vand, idet man ved, at dens udbredelseshastighed i luft er 340 m / s, mens i vandet når 1400 m / s.

Opløsning

For at beregne den bølgelængde, vi løser for λ fra følgende udtryk:

v = λ ∙ f

Opnås: λ = v / f

Ved at erstatte udsagnets data opnås følgende resultater:

λ _luft = 340/440 = 0,773 m

λ _Vand = 1400/440 = 3,27 m

Referencer

1. Bølge (nd). På Wikipedia. Hentet den 19. maj 2018 fra es.wikipedia.org.
2. Fasehastighed (nd). På Wikipedia. Hentet den 19. maj 2018 fra en.wikipedia.org.
3. Lydens hastighed (nd). På Wikipedia. Hentet den 19. maj 2018 fra en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fysik og kemi. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Forståelse af fysik. Birkhäuser.
6. Fransk, A.P. (1971). Vibrationer og bølger (M.I.T. Introductory physics series). Nelson thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, bind 3), McGraw-Hill.