СКОРОСТ НА РАЗПРОСТРАНЕНИЕ НА ВЪЛНА: ФАКТОРИ И ИЗМЕРВАНЕ - ФИЗИЧЕСКИ - 2025

На скоростта на разпространение на вълната е величината, която измерва скоростта на смущението на разпространява на вълната по своя обем. Скоростта, с която се разпространява вълната, зависи както от типа вълна, така и от средата, чрез която се разпространява.

Логично вълна, която се движи във въздуха няма да пътува със същата скорост като тази, която се движи през сушата или морето. По същия начин сеизмичната вълна, звук или светлина не напредват със същата скорост. Например във вакуум електромагнитните вълни се разпространяват със скоростта на светлината; тоест 300 000 км / с.

В случай на звук във въздуха, скоростта му на разпространение е 343 m / s. По принцип при механичните вълни скоростта през материал зависи главно от две от характеристиките на средата: нейната плътност и твърдост. Във всеки случай, като цяло скоростта е свързана със стойността на дължината на вълната и периода.

Връзката може да бъде изразена математически чрез коефициента: v = λ / T, където v е скоростта на вълната, измерена в метри в секунда, λ е дължината на вълната, измерена в метри и T е периодът, измерен в секунда.

Както е измерено?

Както беше споменато по-рано, като цяло скоростта на една вълна се определя от нейната дължина на вълната и нейния период.

Следователно, тъй като периодът и честотата на една вълна са обратно пропорционални, може също да се каже, че скоростта зависи от честотата на вълната.

Тези връзки могат да се изразят математически така:

v = λ / T = λ ∙ f

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

Подобна връзка е просто друг начин за изразяване на връзката между скорост, пространство и време: v = s / t, където s представлява пространството, пътувано от движещо се тяло.

Поради тази причина, за да се знае скоростта, с която се разпространява една вълна, е необходимо да се знае нейната дължина на вълната и или нейният период, или нейната честота. От гореизложеното ясно следва, че скоростта не зависи от енергията на вълната или от нейната амплитуда.

Например, ако искате да измерите скоростта на разпространение на вълна по въже, можете да го направите, като определите времето, необходимо за смущение да премине от една точка на въжето до друга.

Фактори, от които зависи

В крайна сметка скоростта на разпространение на една вълна ще зависи както от типа вълна, така и от характеристиките на средата, през която тя пътува. По-долу са някои конкретни случаи.

Скорост на разпространение на напречните вълни в низ

Много прост и много графичен пример за разбиране на кои са факторите, от които нормално зависи скоростта на вълната, е тази на напречните вълни, които напредват по низ.

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, а T е напрежението на струната.

Скорост на разпространение на звука

Звукът е особен случай на механична вълна; следователно, той изисква средство, за да може да се движи, без да може да го направи във вакуум.

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

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

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

Скорост на разпространение на електромагнитни вълни

Електромагнитните вълни, които са вид напречни вълни, се разпространяват в пространството. Следователно те не изискват средство за придвижване: те могат да пътуват през празнота.

Електромагнитните вълни пътуват с около 300 000 км / с (скорост на светлината), въпреки че, в зависимост от скоростта си, те са групирани в честотни диапазони, съставляващи това, което се нарича електромагнитен спектър.

Решени упражнения

Първо упражнение

Намерете скоростта, с която напречна вълна преминава през въже с дължина 6 m, ако напрежението във въжето е 8 N, а общата му маса е 12 kg.

Решение

Първото нещо, което е необходимо за изчисляване, е линейната плътност на низа:

μ = 12/6 = 2 кг / м

След като това е направено, е възможно да се определи скоростта на разпространение, за което 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 дължината на вълната й във въздуха и във водата, като знаете, че във въздуха скоростта на разпространение е 340 m / s, докато в водата достига 1400 м / с.

Решение

За да изчислим дължината на вълната, решаваме λ от следния израз:

v = λ ∙ f

Получава се: λ = v / f

Замествайки данните от извлечението, се постигат следните резултати:

λ _въздух = 340/440 = 0,773 m

λ _вода = 1400/440 = 3,27 m

Препратки

1. Вълна (nd). В Уикипедия. Произведено на 19 май 2018 г. от es.wikipedia.org.
2. Фазова скорост (nd). В Уикипедия. Произведено на 19 май 2018 г. от en.wikipedia.org.
3. Скорост на звука (nd). В Уикипедия. Произведено на 19 май 2018 г. от en.wikipedia.org.
4. Фидалго Санчес, Хосе Антонио (2005). Физика и химия. Еверест
5. Дейвид К. Касиди, Джералд Джеймс Холтън, Флойд Джеймс Ръдърфорд (2002). Разбиране на физиката. Birkhauser.
6. Френски, AP (1971). Вибрации и вълни (серия MIT въвеждаща физика). Нелсън Торнес.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Вълни (курс по физика в Бъркли, том 3), McGraw-Hill.