Bangų veiksnių sklidimo greitis ir kaip jis matuojamas



The bangos plitimo greitis yra dydis, kuris matuoja greitį, kuriuo bangos plitimas sklinda išilgai. Greitis, kuriuo banga sklinda, priklauso nuo bangų rūšies ir terpės, per kurią jis yra dauginamas.

Logiškai, tai nesiruošia judėti tuo pačiu greičiu banga, kuri juda per orą tą, kuris daro jį per žemę ar jūrą. Tokiu pačiu būdu, seisminė banga, garsas ar šviesa neveikia tuo pačiu greičiu. Pavyzdžiui, vakuume elektromagnetinės bangos skleidžia šviesos greitį; ty 300 000 km / s.

Garso ore atveju jo sklidimo greitis yra 343 m / s. Apskritai, mechaninėms bangoms, greitis per medžiagą daugiausia priklauso nuo dviejų terpės savybių: jos tankio ir standumo. Bet kuriuo atveju, paprastai greitis yra susijęs su bangos ilgio ir laikotarpio verte.

Santykį galima išreikšti matematiškai per koeficientą: v = λ / T, kur v yra bangos greitis, išmatuotas metrais per sekundę, λ yra bangos ilgis, išmatuotas metrais, o T - laikotarpis, išmatuotas sekundėmis.

Indeksas

  • 1 Kaip jis matuojamas?
  • 2 Veiksniai, nuo kurių priklauso
    • 2.1 Skersinių bangų sklidimo sparta
    • 2.2 Garso sklidimo greitis
    • 2.3 Elektromagnetinių bangų sklidimo greitis
  • 3 Išspręstos pratybos
    • 3.1 Pirmasis pratimas
    • 3.2 Antrasis pratimas
  • 4 Nuorodos

Kaip jis matuojamas?

Kaip jau minėta, dažniausiai bangos greitis priklauso nuo jo bangos ilgio ir jo trukmės.

Todėl, atsižvelgiant į tai, kad bangos laikotarpis ir dažnis yra atvirkščiai proporcingi, taip pat galima teigti, kad greitis priklauso nuo bangos dažnio..

Šie santykiai gali būti išreikšti matematiniu būdu:

v = λ / T = λ ∙ f

Šioje f frazėje f yra bangos dažnis, išmatuotas Hz.

Toks santykis yra tik dar vienas būdas išreikšti santykį tarp greičio, erdvės ir laiko: v = s / t, kur s reiškia judančio kūno judamą erdvę.

Todėl, norint žinoti greitį, kuriuo banga skleidžia, būtina žinoti jo bangos ilgį ir jo periodą ar dažnį. Iš to, kas pasakyta, aišku, kad greitis nepriklauso nei nuo bangos energijos, nei nuo jo amplitudės.

Pvz., Jei norite matuoti bangos sklidimo greitį lynu, tai galima padaryti nustatant laiką, kurį trunka iš vienos lyno taško į kitą.

Veiksniai, nuo kurių jis priklauso

Galiausiai bangos sklidimo greitis priklausys ir nuo bangų rūšies, ir nuo terpės, per kurią jis juda, savybių. Žemiau yra keletas konkrečių atvejų.

Skersinių bangų sklidimo greitis eilutėje

Labai paprastas ir labai grafiškas pavyzdys, kaip suprasti, kokie veiksniai priklauso nuo bangos greičio, yra skersinių bangų, judančių palei eilutę, greitis..

Ši išraiška leidžia nustatyti šių bangų sklidimo greitį:

v = √ (T / μ)

Šioje formulėje μ yra linijinis tankis kilogramais metre ir T yra eilutės įtempimas.

Garso sklidimo greitis

Garsas yra ypatingas mechaninės bangos atvejis; todėl tam reikia priemonių judėti, nesugebant to padaryti vakuume.

Greitis, kuriuo garsas važiuoja per medžiagos laikmeną, priklausys nuo terpės, per kurią jis perduodamas, charakteristikų: temperatūra, tankis, slėgis, drėgmė ir kt..

Garsas kinta greičiau nei kietuose kūnuose, nei skysčiuose. Tuo pačiu būdu, jis skleidžia greitesnį skystį nei dujas, todėl jis greičiau kelia vandenį nei ore

Visų pirma, jos greitis ore yra 343 m / s, kai temperatūra yra 20 ° C.

Elektromagnetinių bangų sklidimo greitis

Elektromagnetinės bangos, kurios yra skersinės bangos, sklinda per erdvę. Todėl jiems nereikia judėjimo priemonių: jie gali keliauti per tuštumą.

Elektromagnetinės bangos juda apie 300 000 km / s (šviesos greitis), nors, priklausomai nuo jų greičio, jos sugrupuotos į dažnių diapazonus, kurie sudaro elektromagnetinį spektrą..

Išspręstos pratybos

Pirmasis pratimas

Apskaičiuokite greitį, kuriuo skersinė banga plinta per 6 m ilgį lyną, jei virvės įtempis yra 8 N ir jo bendra masė yra 12 kg.

Sprendimas

Pirmas dalykas, kurį reikia apskaičiuoti, yra linijos tankis:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Kai tai bus padaryta, jau galima nustatyti dauginimo greitį, kuriam ji yra pakeista:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Antrasis pratimas

Yra žinoma, kad muzikinės natos dažnis yra 440 Hz. Nustatykite, koks yra jo bangos ilgis tiek ore, tiek vandenyje, žinant, kad ore sklidimo greitis yra 340 m / s, o tai yra vanduo pasiekia 1400 m / s.

Sprendimas

Norėdami apskaičiuoti bangos ilgį, mes išvalome λ iš šios sąvokos:

v = λ ∙ f

Jūs gaunate: λ = v / f

Pakeitus pareiškimo duomenis, pasiekiame šiuos rezultatus:

λ oro = 340/440 = 0,773 m

λ vanduo = 1400/440 = 3,27 m

Nuorodos

  1. Bangos (n.d.). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Gegužės 19 d., Iš en.wikipedia.org.
  2. Fazės greitis (n.d.). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Gegužės 19 d., Iš en.wikipedia.org.
  3. Garso greitis (n.d.). Vikipedijoje. Gauta 2018 m. Gegužės 19 d., Iš en.wikipedia.org.
  4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizika ir chemija. Everestas
  5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Fizikos supratimas. Birkhäuser.
  6. Prancūzų, A.P. (1971). Vibracijos ir bangos (M.I.T. Įvadinė fizikos serija). Nelsonas Thornesas.
  7. Crawford jr., Frank S. (1968). Bangos (Berkeley Physics Course, 3 tomas)), McGraw-Hill.