Faktory rychlosti šíření vln a měření

The rychlost šíření vlny je velikost, která měří rychlost, jakou se vlnění šíří podél svého posunu. Rychlost šíření vlny závisí jak na typu vlny, tak na médiu, kterým se šíří..

Logicky se vlna pohybující se vzduchem nebude pohybovat stejnou rychlostí jako vlna, která se pohybuje po souši nebo po moři. Podobně seizmická vlna, zvuk nebo světlo nepostupují stejnou rychlostí. Například ve vakuu se elektromagnetické vlny šíří rychlostí světla; to znamená při 300 000 km / s.

V případě zvuku ve vzduchu je jeho rychlost šíření 343 m / s. Obecně platí, že u mechanických vln závisí rychlost materiálu hlavně na dvou charakteristikách média: na jeho hustotě a tuhosti. V každém případě obecně rychlost souvisí s hodnotou vlnové délky a periody.

Vztah lze vyjádřit matematicky pomocí kvocientu: v = λ / T, kde v je rychlost vlny měřená v metrech za sekundu, λ je vlnová délka měřená v metrech a T je doba měřená v sekundách.

Rejstřík článků

• 1 Jak se měří?
• 2 Faktory, na kterých to závisí
  • 2.1 Rychlost šíření příčných vln v řetězci
  • 2.2 Rychlost šíření zvuku
  • 2.3 Rychlost šíření elektromagnetických vln
• 3 Vyřešená cvičení
  • 3.1 První cvičení
  • 3.2 Druhé cvičení
• 4 Odkazy

Podle měření?

Jak bylo uvedeno výše, rychlost vlny je obecně určena její vlnovou délkou a periodou..

Proto, protože perioda a frekvence vlny jsou nepřímo úměrné, lze také konstatovat, že rychlost závisí na frekvenci vlny..

Tyto vztahy lze vyjádřit matematicky takto:

v = λ / T = λ ∙ f

V tomto výrazu f je frekvence vlny měřená v Hz.

Tento vztah je jen dalším způsobem vyjádření vztahu mezi rychlostí, prostorem a časem: v = s / t, kde s představuje prostor procházející pohybujícím se tělesem.

Proto, abychom věděli, jakou rychlostí se vlna šíří, je nutné znát její vlnovou délku a buď její periodu, nebo její frekvenci. Z výše uvedeného lze jasně odvodit, že rychlost nezávisí na energii vlny nebo její amplitudě..

Například pokud chcete měřit rychlost šíření vlny po laně, můžete to udělat určením času, který trvá, než narušení přejde z jednoho bodu na laně do druhého..

Faktory, na kterých záleží

Nakonec bude rychlost šíření vlny záviset jak na typu vlny, tak na charakteristikách média, kterým prochází. Zde je několik konkrétních případů.

Rychlost šíření příčných vln v řetězci

Velmi jednoduchým a velmi grafickým příkladem pro pochopení, jaké jsou faktory, na kterých obvykle závisí rychlost vlny, jsou příčné vlny, které postupují podél řetězce.

Následující výraz nám umožňuje určit rychlost šíření těchto vln:

v = √ (T / μ)

V tomto výrazu μ je lineární hustota v kilogramech na metr a T je napětí řetězce.

Rychlost šíření zvuku

Zvuk je zvláštním případem mechanické vlny; Proto vyžaduje prostředky, aby se mohl pohybovat, aniž by to dokázal ve vakuu.

Rychlost, kterou zvuk prochází materiálem, bude záviset na vlastnostech média, kterým je přenášen: teplota, hustota, tlak, vlhkost atd..

Zvuk se pohybuje rychleji v tělesech v pevné fázi než v kapalinách. Stejným způsobem se pohybuje rychleji v kapalinách než v plynech, takže se pohybuje rychleji ve vodě než ve vzduchu.

Konkrétně jeho rychlost šíření ve vzduchu je 343 m / s, když je při teplotě 20 ° C..

Rychlost šíření elektromagnetických vln

Elektromagnetické vlny, které jsou druhem příčných vln, se šíří vesmírem. Proto nevyžadují pohybové prostředky: mohou cestovat prázdnotou..

Elektromagnetické vlny se pohybují rychlostí asi 300 000 km / s (rychlost světla), i když jsou v závislosti na jejich rychlosti seskupeny do frekvenčních rozsahů, které tvoří takzvané elektromagnetické spektrum..

Vyřešená cvičení

První cvičení

Vypočítejte rychlost, kterou příčná vlna prochází lanem dlouhým 6 m, pokud je napětí v laně 8 N a jeho celková hmotnost je 12 kg.

Řešení

První věc, kterou je třeba vypočítat, je lineární hustota řetězce:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Jakmile je to provedeno, je možné určit rychlost šíření, pro kterou je ve výrazu nahrazena:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Druhé cvičení

Je známo, že frekvence noty je 440 Hz. Určete, jaká je její vlnová délka jak ve vzduchu, tak ve vodě, s vědomím, že ve vzduchu je jeho rychlost šíření 340 m / s, zatímco ve vodě dosahuje 1400 m / s.

Řešení

Pro výpočet vlnové délky, pro kterou řešíme λ z následujícího výrazu:

v = λ ∙ f

Získává se: λ = v / f

Nahrazením dat výpisu je dosaženo následujících výsledků:

λ _vzduch = 340/440 = 0,773 m

λ _Voda = 1400/440 = 3,27 m

Reference

1. Vlna (n.d.). Na Wikipedii. Citováno dne 19. května 2018 z es.wikipedia.org.
2. Fázová rychlost (n.d.). Na Wikipedii. Citováno dne 19. května 2018 z en.wikipedia.org.
3. Rychlost zvuku (n.d.). Na Wikipedii. Citováno dne 19. května 2018 z en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fyzika a chemie. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Porozumění fyzice. Birkhäuser.
6. Francouzština, A.P. (1971). Vibrace a vlny (úvodní řada fyziky M.I.T.). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Vlny (Berkeley Physics Course, sv. 3), McGraw-Hill.