Скорость распространения волновых факторов и как она измеряется



скорость распространения волны это величина, которая измеряет скорость, с которой возмущение волны распространяется вдоль ее смещения. Скорость распространения волны зависит как от типа волны, так и от среды, в которой она распространяется..

По логике вещей, это не будет двигаться с той же скоростью, как волна, которая движется в воздухе, так и волна, которая проходит через землю или море. Точно так же сейсмическая волна, звук или свет не продвигаются с той же скоростью. Например, в вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света; на скорости 300 000 км / с.

В случае звука в воздухе его скорость распространения составляет 343 м / с. Как правило, для механических волн скорость прохождения материала зависит главным образом от двух характеристик среды: ее плотности и жесткости. В любом случае, как правило, скорость связана со значением длины волны и периода.

Соотношение может быть выражено математически через частное: v = λ / T, где v - скорость волны, измеряемая в метрах в секунду, λ - длина волны, измеряемая в метрах, а T - период, измеряемый в секундах..

индекс

  • 1 Как это измеряется?
  • 2 Фактора, от которых это зависит
    • 2.1 Скорость распространения поперечных волн на струне
    • 2.2 Скорость распространения звука
    • 2.3 Скорость распространения электромагнитных волн
  • 3 упражнения выполнены
    • 3.1 Первое упражнение
    • 3.2 Второе упражнение
  • 4 Ссылки

Как это измеряется?

Как уже упоминалось выше, в общем, скорость волны определяется ее длиной волны и периодом.

Поэтому, учитывая, что период и частота волны обратно пропорциональны, можно также сказать, что скорость зависит от частоты волны.

Эти отношения могут быть выражены математически следующим образом:

v = λ / T = λ ∙ f

В этом выражении f - частота волны, измеренная в Гц.

Такие отношения - просто еще один способ выразить отношение между скоростью, пространством и временем: v = s / t, где s представляет пространство, пройденное движущимся телом.

Поэтому, чтобы узнать скорость, с которой распространяется волна, необходимо знать ее длину волны и либо ее период, либо ее частоту. Из вышесказанного ясно, что скорость не зависит ни от энергии волны, ни от ее амплитуды.

Например, если вы хотите измерить скорость распространения волны вдоль веревки, это можно сделать, определив время, за которое возмущение проходит от одной точки веревки до другой..

Факторы, от которых это зависит

В конечном итоге скорость распространения волны будет зависеть как от типа волны, так и от характеристик среды, через которую она движется. Ниже приведены некоторые конкретные случаи.

Скорость распространения поперечных волн на струне

Очень простой и очень наглядный пример, чтобы понять, от каких факторов обычно зависит скорость волны, это поперечные волны, которые движутся вдоль струны..

Следующее выражение позволяет определить скорость распространения этих волн:

v = √ (T / μ)

В этом выражении μ - линейная плотность в килограммах на метр, а T - натяжение струны..

Скорость распространения звука

Звук - это частный случай механической волны; следовательно, он требует средства для перемещения, не имея возможности сделать это в вакууме.

Скорость, с которой звук проходит через материальную среду, будет зависеть от характеристик среды, через которую он передается: температуры, плотности, давления, влажности и т. Д..

Звук распространяется в телах в твердом состоянии быстрее, чем в жидкостях. Точно так же он продвигается быстрее в жидкостях, чем в газах, поэтому он движется в воде быстрее, чем в воздухе

В частности, его скорость распространения в воздухе составляет 343 м / с при температуре 20 ºC..

Скорость распространения электромагнитных волн

Электромагнитные волны, которые являются типом поперечных волн, распространяются в пространстве. Поэтому им не нужны средства для перемещения: они могут путешествовать через пустоту.

Электромагнитные волны движутся со скоростью около 300 000 км / с (скорость света), хотя, в зависимости от их скорости, они группируются в частотные диапазоны, составляющие так называемый электромагнитный спектр..

Решенные упражнения

Первое упражнение

Рассчитайте скорость, с которой поперечная волна распространяется по веревке длиной 6 м, если натяжение веревки составляет 8 Н, а ее общая масса составляет 12 кг..

решение

Первое, что нужно вычислить, это линейная плотность строки:

 μ = 12/6 = 2 кг / м

Как только это будет сделано, уже можно определить скорость распространения, для которой она подставляется в выражение:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 м / с

Второе упражнение

Известно, что частота музыкальной ноты составляет 440 Гц. Определите, какова ее длина волны как в воздухе, так и в воде, зная, что в воздухе ее скорость распространения составляет 340 м / с, а в вода достигает 1400 м / с.

решение

Для расчета длины волны мы очищаем λ следующего выражения:

v = λ ∙ f

Вы получаете: λ = v / f

Подставляя данные заявления, мы приходим к следующим результатам:

λ воздух = 340/440 = 0,773 м

λ вода = 1400/440 = 3,27 м

ссылки

  1. Волна (н.д.). В википедии. Получено 19 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
  2. Фазовая скорость (н.д.). В википедии. Получено 19 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
  3. Скорость звука (н.д.). В википедии. Получено 19 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
  4. Фидальго Санчес, Хосе Антонио (2005). Физика и химия. Эверест
  5. Дэвид К. Кэссиди, Джеральд Джеймс Холтон, Флойд Джеймс Резерфорд (2002). Понимание физики. Birkhäuser.
  6. Французский, А.П. (1971). Вибрации и волны (серия вводной физики М.И.Т.). Нельсон Торнс.
  7. Кроуфорд младший, Франк С. (1968). Волны (Физический курс Беркли, Том 3), Макгроу-Хилл.