Скорост на разпространение на вълните: фактори и как се измерва

Скоростта на разпространение на вълната е величината, която измерва скоростта, с която се разпространява нарушението на вълната по протежение на неговото изместване. Скоростта, с която се разпространява вълната, зависи както от вида на вълната, така и от средата, през която тя се разпространява.

Логично е, че няма да се движи с една и съща скорост вълна, която се движи през въздуха така, че тази, която го прави през земята или морето. По същия начин сеизмичната вълна, звук или светлина не се движат със същата скорост. Например във вакуум електромагнитните вълни се разпространяват със скоростта на светлината; това е 300 000 km / s.

При звук във въздуха скоростта на разпространение е 343 m / s. Като цяло, за механичните вълни, скоростта през материал зависи главно от две от характеристиките на средата: неговата плътност и твърдост. Във всеки случай, скоростта обикновено е свързана със стойността на дължината на вълната и периода.

Връзката може да бъде изразена математически чрез коефициент: v = λ / T, където v е скоростта на вълната, измерена в метри в секунда, λ е дължината на вълната, измерена в метри и T е периодът, измерен в секунди.

Как се измерва?

Както вече споменахме, като цяло скоростта на вълната се определя от нейната дължина на вълната и периода.

Следователно, като се има предвид, че периодът и честотата на вълната са обратно пропорционални, може да се каже, че скоростта зависи от честотата на вълната.

Тези отношения могат да бъдат изразени математически по следния начин:

v = λ / T = λ ∙ f

В този израз, f е честотата на вълната, измерена в Hz.

Такава връзка е просто друг начин за изразяване на връзката между скоростта, пространството и времето: v = s / t, където s представлява пространството, пропътувано от движещо се тяло.

Следователно, за да се знае скоростта, с която се разпространява вълната, е необходимо да се знае нейната дължина на вълната, както и нейният период или неговата честота. От гореизложеното става ясно, че скоростта не зависи нито от енергията на вълната, нито от нейната амплитуда.

Например, ако искате да измерите скоростта на разпространение на вълна по въже, това може да се направи, като се определи времето, което е необходимо, за да се премине смущение от една точка на въжето към друга.

Фактори, от които зависи

В крайна сметка скоростта на разпространение на вълната ще зависи както от вида на вълната, така и от характеристиките на средата, през която тя се движи. По-долу са посочени някои конкретни случаи.

Скоростта на разпространение на напречните вълни върху низ

Много прост и много графичен пример за разбиране на факторите, от които обикновено зависи скоростта на вълната, е този на напречните вълни, които се движат по низа.

Следният израз позволява да се определи скоростта на разпространение на тези вълни:

v = √ (T / μ)

В този израз μ е линейната плътност в килограми на метър и T е напрежението на струната.

Скорост на разпространение на звука

Звукът е частен случай на механична вълна; следователно тя изисква средства за движение, като не е в състояние да го направи във вакуум.

Скоростта, с която звукът преминава през материалната среда, ще бъде функция на характеристиките на средата, през която се предава: температура, плътност, налягане, влажност и т.н.

Звукът се движи по-бързо в тела в твърдо състояние, отколкото в течности. По същия начин, той напредва по-бързо в течности, отколкото в газове, така че пътува по-бързо във вода, отколкото във въздуха

По-специално, скоростта му на разпространение във въздуха е 343 m / s, когато е при температура 20 ° C.

Скорост на разпространение на електромагнитни вълни

Електромагнитните вълни, които са вид напречни вълни, се разпространяват в пространството. Следователно те не изискват средства за движение: те могат да пътуват през вакуум.

Електромагнитните вълни се движат с около 300 000 km / s (скорост на светлината), въпреки че в зависимост от тяхната скорост те се групират в честотни обхвати, съставящи това, което се нарича електромагнитен спектър.

Решени упражнения

Първо упражнение

Изчислява се скоростта, при която се разпространява напречна вълна през въже с дължина 6 m, ако опъването на въжето е 8 N и общата му маса е 12 kg.

разтвор

Първото нещо, което трябва да се изчисли, е линейната плътност на низ:

μ = 12/6 = 2 kg / m

След като това е направено, вече е възможно да се определи скоростта на разпространение, за която тя е заменена в израза:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Второ упражнение

Известно е, че честотата на музикалната нота е 440 Hz.Определете каква е нейната дължина на вълната както във въздуха, така и във водата, като знаете, че във въздуха скоростта му на разпространение е 340 m / s, докато в водата достига 1400 m / s.