FORPLANTNINGSHASTIGHETEN TIL EN BØLGE: FAKTORER OG MÅLING - FYSISK - 2026

Den forplantningshastigheten for en bølge er den størrelse som måler den hastighet med hvilken forstyrrelse av de forplantes langs dens forskyvning. Hastigheten som bølgen forplanter seg avhenger av både bølgetypen og mediet som den forplanter seg gjennom.

Logisk sett vil en bølge som beveger seg gjennom lufta ikke reise med samme hastighet som en som beveger seg gjennom landet eller havet. Tilsvarende går ikke en seismisk bølge, lyd eller lys med samme hastighet. For eksempel, i et vakuum, forplanter elektromagnetiske bølger seg med lysets hastighet; det vil si 300.000 km / s.

Når det gjelder lyd i luften, er dens forplantningshastighet 343 m / s. Generelt avhenger hastigheten gjennom et materiale for mekaniske bølger hovedsakelig av to av kjennetegnene til mediet: dens tetthet og stivhet. Uansett er hastigheten generelt relatert til verdien av bølgelengden og perioden.

Forholdet kan uttrykkes matematisk gjennom kvotienten: v = λ / T, hvor v er bølgens hastighet målt i meter per sekund, λ er bølgelengden målt i meter og T er perioden målt i sekund.

Som målt?

Som tidligere nevnt, blir hastigheten til en bølge generelt bestemt av dens bølgelengde og dens periode.

Siden perioden og frekvensen til en bølge er omvendt proporsjonal, kan det også sies at hastigheten avhenger av bølgens frekvens.

Disse forholdene kan uttrykkes matematisk slik:

v = λ / T = λ ∙ f

I dette uttrykket er f frekvensen av bølgen målt i Hz.

Dette forholdet er bare en annen måte å uttrykke forholdet mellom hastighet, rom og tid: v = s / t, der s representerer det rommet som beveges av en bevegelig kropp.

Av denne grunn, for å kjenne hastigheten som en bølge forplanter seg, er det nødvendig å kjenne til bølgelengden og enten dens periode eller frekvens. Fra det ovennevnte følger det tydelig at hastigheten ikke avhenger av bølgenes energi eller dens amplitude.

Hvis du for eksempel vil måle hastigheten på forplantningen av en bølge langs et tau, kan du gjøre det ved å bestemme tiden det tar for en forstyrrelse å gå fra et punkt på tauet til et annet.

Faktorer det kommer an på

Til syvende og sist vil hastigheten til forplantning av en bølge avhenge av både bølgetypen og egenskapene til mediet som den beveger seg gjennom. Nedenfor er noen konkrete tilfeller.

Forplantningshastighet av tverrbølger i en streng

Et veldig enkelt og veldig grafisk eksempel for å forstå hvilke faktorer hastigheten til en bølge normalt er avhengig av er tverrbølgene som går frem langs en streng.

Følgende uttrykk tillater å bestemme utbredelseshastigheten for disse bølgene:

v = √ (T / μ)

I dette uttrykket er μ den lineære tettheten i kilogram per meter og T er strengen til strengen.

Lydformeringshastighet

Lyd er et spesielt tilfelle av en mekanisk bølge; derfor krever det et middel for å kunne bevege seg, ikke kunne gjøre det i et vakuum.

Hastigheten som lyden beveger seg gjennom et materialmedium vil være en funksjon av egenskapene til mediet som det overføres gjennom: temperatur, tetthet, trykk, fuktighet, etc.

Lyd beveger seg raskere i faste stoffer enn i væsker. På samme måte beveger den seg raskere i væsker enn i gasser, så den beveger seg raskere i vann enn i luft.

Spesifikt er dens forplantningshastighet i luften 343 m / s når den har en temperatur på 20 ºC.

Forplantningshastighet for elektromagnetiske bølger

Elektromagnetiske bølger, som er en type tverrbølger, forplanter seg gjennom rommet. Derfor krever de ikke et bevegelsesmiddel: de kan reise gjennom et tomrom.

Elektromagnetiske bølger beveger seg med rundt 300 000 km / s (lysets hastighet), selv om de, avhengig av hastigheten, er gruppert i frekvensområder som utgjør det som kalles det elektromagnetiske spekteret.

Løste øvelser

Første øvelse

Finn hastigheten som en tverrbølge beveger seg gjennom et 6 m langt tau, hvis spenningen i tauet er 8 N og den totale massen er 12 kg.

Løsning

Den første tingen som er nødvendig å beregne, er den lineære tettheten til strengen:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Når dette er gjort, er det mulig å bestemme utbredningshastigheten, som den er erstattet med i uttrykket:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Andre øvelse

Det er kjent at frekvensen av musikknoten er 440 Hz. Bestem hva som er bølgelengden både i luft og i vann, vel vitende om at i luften er dens forplantningshastighet 340 m / s, mens den er i vann når 1400 m / s.

Løsning

For å beregne bølgelengden løser vi λ fra følgende uttrykk:

v = λ ∙ f

Det oppnås: λ = v / f

Følgende resultater oppnås ved å erstatte dataene fra utsagnet:

λ _luft = 340/440 = 0,773 moh

λ _vann = 1400/440 = 3,27 moh

referanser

1. Wave (nd). På Wikipedia. Hentet 19. mai 2018, fra es.wikipedia.org.
2. Fasehastighet (nd). På Wikipedia. Hentet 19. mai 2018, fra en.wikipedia.org.
3. Lydens hastighet (nd). På Wikipedia. Hentet 19. mai 2018, fra en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fysikk og kjemi. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Forstå fysikk. Birkhauser.
6. French, AP (1971). Vibrasjoner og bølger (MIT Introduksjonsfysikk-serie). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, bind 3), McGraw-Hill.