Швидкість поширення хвильових факторів та спосіб її вимірювання



The швидкість поширення хвилі є величиною, яка вимірює швидкість, з якою порушується хвиля, що поширюється вздовж її переміщення. Швидкість, з якою поширюється хвиля, залежить як від типу хвилі, так і від середовища, через яку вона поширюється.

Логічно, що вона не збирається рухатися з тією ж швидкістю, як хвиля, що рухається по повітрю тією, яка робить її через землю або море. Так само сейсмічна хвиля, звук або світло не просуваються з однаковою швидкістю. Наприклад, у вакуумі електромагнітні хвилі поширюються зі швидкістю світла; тобто 300000 км / с.

У випадку звуку в повітрі його швидкість розповсюдження становить 343 м / с. Взагалі, для механічних хвиль швидкість через матеріал залежить головним чином від двох характеристик середовища: її щільності та її жорсткості. У будь-якому випадку, в цілому швидкість пов'язана зі значенням довжини хвилі і періоду.

Взаємозв'язок може бути виражений математично через приватне: v = λ / T, де v - швидкість хвилі, виміряна в метрах в секунду, λ - довжина хвилі, виміряна в метрах, і T - період, виміряний в секундах.

Індекс

  • 1 Як це вимірюється?
  • 2 Фактори, від яких залежить
    • 2.1 Швидкість поширення поперечних хвиль на струні
    • 2.2 Швидкість поширення звуку
    • 2.3 Швидкість поширення електромагнітних хвиль
  • 3 Вправи вирішені
    • 3.1 Перша вправа
    • 3.2 Друга вправа
  • 4 Посилання

Як це вимірюється?

Як вже зазначалося вище, загалом швидкість хвилі визначається її довжиною хвилі та її періодом.

Тому, враховуючи, що період і частота хвилі обернено пропорційні, можна також сказати, що швидкість залежить від частоти хвилі.

Ці відносини можуть бути виражені математично так:

v = λ / T = λ ∙ f

У цьому виразі f - частота хвилі, виміряна в Гц.

Така взаємозв'язок є просто іншим способом вираження співвідношення між швидкістю, простором і часом: v = s / t, де s являє собою простір, переміщений тілом, що рухається.

Тому, щоб знати швидкість, з якою поширюється хвиля, необхідно знати її довжину хвилі і або її період, або її частоту. Зі сказаного зрозуміло, що швидкість не залежить ні від енергії хвилі, ні від її амплітуди.

Наприклад, якщо потрібно виміряти швидкість поширення хвилі вздовж канату, це можна зробити, визначивши час, протягом якого потрібно перейти з однієї точки канату на іншу..

Фактори, від яких залежить

Зрештою, швидкість поширення хвилі буде залежати як від типу хвилі, так і від характеристик середовища, через яку вона рухається. Нижче наведені деякі конкретні випадки.

Швидкість поширення поперечних хвиль на струні

Дуже простий і дуже наочний приклад, щоб зрозуміти, які фактори, на яких зазвичай залежить швидкість хвилі, - це поперечні хвилі, які рухаються уздовж струни.

Наступний вираз дозволяє визначити швидкість поширення цих хвиль:

v = √ (T / μ)

У цьому виразі μ - лінійна щільність в кілограмах на метр, а T - напруга струни.

Швидкість поширення звуку

Звук - окремий випадок механічної хвилі; отже, вона вимагає засобів для переміщення, не в змозі зробити це у вакуумі.

Швидкість, з якою звук проходить через матеріальне середовище, буде функцією характеристик середовища, через яку він передається: температура, щільність, тиск, вологість тощо..

Звук рухається швидше в тілах в твердому стані, ніж в рідинах. Так само він швидше рухається в рідинах, ніж у газах, тому рухається швидше у воді, ніж у повітрі

Зокрема, швидкість його поширення в повітрі становить 343 м / с при температурі 20 ºC..

Швидкість поширення електромагнітних хвиль

Електромагнітні хвилі, які є типом поперечних хвиль, поширюються через простір. Тому вони не вимагають засобів для пересування: вони можуть подорожувати через порожнечу.

Електромагнітні хвилі рухаються близько 300 000 км / с (швидкість світла), хоча в залежності від їхньої швидкості вони групуються в частотні діапазони, що складають те, що називається електромагнітним спектром..

Вирішені вправи

Перша вправа

Розрахуйте швидкість, з якою поперечна хвиля поширюється через 6-метровий трос, якщо натяг канату становить 8 Н, а його загальна маса - 12 кг..

Рішення

Перше, що потрібно обчислити - це лінійна щільність рядка:

 μ = 12/6 = 2 кг / м

Як тільки це зроблено, вже можна визначити швидкість поширення, для якої вона замінюється в виразі:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 м / с

Друга вправа

Відомо, що частота музичної ноти становить 440 Гц.Визначте, яка її довжина хвилі як у повітрі, так і у воді, знаючи, що в повітрі її швидкість поширення становить 340 м / с, а в вода досягає 1400 м / с.

Рішення

Для обчислення довжини хвилі очищаємо λ наступного виразу:

v = λ ∙ f

Ви отримуєте: λ = v / f

Підставляючи дані оператора, ми отримуємо наступні результати:

λ повітря = 340/440 = 0,773 м

λ води = 1400/440 = 3,27 м

Список літератури

  1. Хвиля (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 19 травня 2018 року з en.wikipedia.org.
  2. Фазова швидкість (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 19 травня 2018 року з en.wikipedia.org.
  3. Швидкість звуку (n.d.). У Вікіпедії. Отримано 19 травня 2018 року з en.wikipedia.org.
  4. Фідальго Санчес, Хосе Антоніо (2005). Фізика і хімія. Еверест
  5. Девід С. Кесіді, Джеральд Джеймс Холтон, Флойд Джеймс Резерфорд (2002). Розуміння фізики. Birkhäuser.
  6. Французька, A.P. (1971). Вібрації і хвилі (М.І.Т. Вступна серія фізики). Нельсон Торнс.
  7. Кроуфорд-молодший, Франк С. (1968). Хвилі (курс фізики Берклі, том 3)), McGraw-Hill.