Viļņu faktoru izplatīšanās ātrums un tā mērīšana

The viļņa izplatīšanās ātrums ir lielums, kas mēra ātrumu, kādā viļņa traucējumi izplatās pa to pārvietojumu. Ātrums, kādā viļņa izplatās, ir atkarīgs gan no viļņa veida, gan no tā, kādā veidā tas tiek izplatīts.

Loģiski, tas nepārvietojas tajā pašā ātrumā vilni, kas pārvietojas pa gaisu tā, kas to padara caur zemi vai jūru. Tādā pašā veidā seismiskais vilnis, skaņa vai gaisma nepārvietojas ar tādu pašu ātrumu. Piemēram, vakuumā elektromagnētiskie viļņi izplatās pēc gaismas ātruma; tas ir, 300 000 km / s.

Skaņas gadījumā gaisā tā izplatīšanās ātrums ir 343 m / s. Kopumā mehāniskiem viļņiem ātrums caur materiālu galvenokārt ir atkarīgs no divām vides īpašībām: tā blīvuma un stingrības. Jebkurā gadījumā ātrums parasti ir saistīts ar viļņa garuma un perioda vērtību.

Attiecības var izteikt matemātiski, izmantojot koeficientu: v = λ / T, kur v ir viļņa ātrums, ko mēra metros sekundē, λ ir viļņa garums, ko mēra metros, un T ir periods, ko mēra sekundēs.

Indekss

• 1 Kā tas tiek mērīts?
• 2 Faktori, no kuriem tas ir atkarīgs
  • 2.1 Šķērsvirzienu viļņu izplatīšanās ātrums virknē
  • 2.2 Skaņas izplatīšanās ātrums
  • 2.3 Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums
• 3 Risinājumi atrisināti
  • 3.1 Pirmais uzdevums
  • 3.2 Otrais uzdevums
• 4 Atsauces

Kā tas tiek mērīts?

Kā jau iepriekš minēts, viļņu ātrumu nosaka tā viļņa garums un periods.

Tāpēc, ņemot vērā, ka viļņa periods un biežums ir apgriezti proporcionāls, var arī teikt, ka ātrums ir atkarīgs no viļņa frekvences..

Šīs attiecības var izteikt matemātiski šādi:

v = λ / T = λ ∙ f

Šajā izteiksmē f ir frekvence, ko mēra Hz.

Šāda saikne ir tikai vēl viens veids, kā izteikt attiecību starp ātrumu, telpu un laiku: v = s / t, kur s apzīmē kustīgās ķermeņa kustīgo telpu.

Tāpēc, lai zinātu ātrumu, kādā vilnis izplatās, ir jāzina tā viļņa garums un vai nu tā periods, vai tā biežums. No iepriekš minētā ir skaidrs, ka ātrums nav atkarīgs ne no viļņa enerģijas, ne no tā amplitūdas.

Piemēram, ja vēlaties mērīt viļņa izplatīšanās ātrumu pa virvi, to var izdarīt, nosakot laiku, kas nepieciešams traucējumam, lai pārietu no viena virves punkta uz citu.

Faktori, no kuriem tas ir atkarīgs

Galu galā viļņa izplatīšanās ātrums būs atkarīgs gan no viļņa veida, gan uz tās vides raksturlielumiem, caur kuru tas kustas. Zemāk ir daži konkrēti gadījumi.

Šķērsvirzienu viļņu izplatīšanās ātrums virknē

Ļoti vienkāršs un ļoti grafisks piemērs, lai saprastu, kādi faktori ir atkarīgi no viļņa ātruma, ir šķērsvirzienu viļņi, kas pārvietojas pa virkni.

Nākamais izteiksme ļauj noteikt šo viļņu izplatīšanās ātrumu:

v = √ (T / μ)

Šajā izteiksmē μ ir lineārais blīvums kilogramos uz metru un T ir virknes spriegums.

Skaņas izplatīšanās ātrums

Skaņa ir īpašs mehāniskā viļņa gadījums; tādēļ tam ir vajadzīgi līdzekļi, lai pārvietotos, nespējot to darīt vakuumā.

Ātrums, ar kādu skaņas ceļo caur materiālo vidi, būs atkarīgs no tās vides īpašībām, caur kuru tas tiek pārraidīts: temperatūra, blīvums, spiediens, mitrums utt..

Skaņa pārvietojas ātrāk ķermenī cietā stāvoklī nekā šķidrumos. Tādā pašā veidā tas straujāk attīstās šķidrumos nekā gāzēs, tāpēc tas straujāk ceļo ūdenī nekā gaisā

Jo īpaši tā izplatīšanās ātrums gaisā ir 343 m / s, ja temperatūra ir 20 ° C..

Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums

Elektromagnētiskie viļņi, kas ir šķērsvirzienu viļņi, izplatās caur telpu. Tāpēc viņiem nav nepieciešami līdzekļi, lai pārvietotos: viņi var ceļot caur tukšumu.

Elektromagnētiskie viļņi pārvietojas aptuveni 300 000 km / s (gaismas ātrums), lai gan atkarībā no ātruma tie tiek sagrupēti frekvenču diapazonos, kas veido to, ko sauc par elektromagnētisko spektru..

Atrisinātās mācības

Pirmais uzdevums

Aprēķiniet ātrumu, kādā šķērsvirziena viļņa izplatās caur 6 m garu virvi, ja virves spriegums ir 8 N un tā kopējā masa ir 12 kg.

Risinājums

Pirmā lieta, kas jāaprēķina, ir virknes lineārais blīvums:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Kad tas ir izdarīts, jau ir iespējams noteikt izplatīšanās ātrumu, kuram tas ir aizvietots izteiksmē:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Otrais uzdevums

Zināms, ka muzikālās piezīmes biežums ir 440 Hz. ūdens sasniedz 1400 m / s.

Risinājums

Lai aprēķinātu viļņa garumu, mēs iztīrām λ no šāda vārda:

v = λ ∙ f

Jūs saņemat: λ = v / f

Aizstājot paziņojuma datus, mēs nonākam pie šādiem rezultātiem:

λ _gaisu = 340/440 = 0,773 m

λ _ūdens = 1400/440 = 3,27 m

Atsauces

1. Vilnis (n.d.). Vikipēdijā. Izgūti 2018. gada 19. maijā, no en.wikipedia.org.
2. Fāzes ātrums (n.d.). Vikipēdijā. Izgūti 2018. gada 19. maijā, no en.wikipedia.org.
3. Skaņas ātrums (n.d.). Vikipēdijā. Izgūti 2018. gada 19. maijā, no en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizika un ķīmija. Everests
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Fizikas izpratne. Birkhäuser.
6. Franču, A.P. (1971). Vibrācijas un viļņi (M.I.T. ievada fizikas sērija). Nelson Thornes.
7. Crawford jr, Frank S. (1968). Viļņi (Berkeley Physics Course, 3. sēj.)), McGraw-Hill.