UDBREDELSESHASTIGHED AF EN BØLGE: FAKTORER OG MÅLING - FYSISK - 2025

Den udbredelseshastigheden af en bølge er størrelsen, der måler den hastighed, hvormed den forstyrrelse af den bølge udbreder sig langs dens bevægelse. Den hastighed, hvormed bølgen formerer sig, afhænger af både bølgetypen og det medium, gennem hvilken den udbreder sig.

Logisk set vil en bølge, der bevæger sig gennem luften, ikke køre med samme hastighed som en, der bevæger sig gennem landet eller havet. Tilsvarende går en seismisk bølge, lyd eller lys ikke videre med samme hastighed. For eksempel forplanter sig i et vakuum elektromagnetiske bølger med lysets hastighed; det vil sige 300.000 km / s.

I tilfælde af lyd i luften er dens propagationshastighed 343 m / s. Generelt afhænger hastigheden gennem et materiale for mekaniske bølger hovedsageligt af to af mediets egenskaber: dets densitet og dets stivhed. Under alle omstændigheder er hastigheden generelt relateret til værdien af ​​bølgelængden og perioden.

Forholdet kan udtrykkes matematisk gennem kvoten: v = λ / T, hvor v er bølgens hastighed målt i meter pr. Sekund, λ er bølgelængden målt i meter og T er perioden målt i sekunder.

Som målt?

Som tidligere nævnt bestemmes generelt en bølgehastighed af dens bølgelængde og dens periode.

Eftersom perioden og frekvensen af ​​en bølge er omvendt proportional, kan det også siges, at hastigheden afhænger af bølgens frekvens.

Disse forhold kan udtrykkes matematisk på denne måde:

v = λ / T = λ ∙ f

I dette udtryk er f frekvensen af ​​bølgen målt i Hz.

Et sådant forhold er bare en anden måde at udtrykke forholdet mellem hastighed, rum og tid på: v = s / t, hvor s repræsenterer det rum, som et bevægeligt legeme rejser.

Af denne grund er det nødvendigt at kende dens bølgelængde og enten dens periode eller dens hyppighed for at kende den hastighed, hvormed en bølge udbreder sig. Fra det ovenstående følger det klart, at hastigheden ikke afhænger af bølgenes energi eller dens amplitude.

Hvis du f.eks. Vil måle hastigheden på forplantningen af ​​en bølge langs et reb, kan du gøre det ved at bestemme den tid det tager for en forstyrrelse at gå fra et punkt på rebet til et andet.

Faktorer, det afhænger af

I sidste ende afhænger udbredelseshastigheden af ​​en bølge af både bølgetypen og egenskaberne for det medium, gennem hvilket den bevæger sig. Nedenfor er nogle specifikke tilfælde.

Forplantningshastighed for tværgående bølger i en streng

Et meget simpelt og meget grafisk eksempel for at forstå, hvilke faktorer hastigheden af ​​en bølge normalt afhænger af, er hastigheden for de tværgående bølger, der går frem langs en streng.

Følgende udtryk gør det muligt at bestemme forplantningshastigheden for disse bølger:

v = √ (T / μ)

I dette udtryk er μ den lineære tæthed i kilogram pr. Meter, og T er strengets spænding.

Lydformeringshastighed

Lyd er et specielt tilfælde af en mekanisk bølge; derfor kræver det et middel til at være i stand til at bevæge sig og ikke være i stand til at gøre det i et vakuum.

Den hastighed, hvormed lyd bevæger sig gennem et materielt medium, vil være en funktion af egenskaberne for mediet, gennem hvilket det transmitteres: temperatur, densitet, tryk, fugtighed osv.

Lyd bevæger sig hurtigere i faststoflegemer end i væsker. På samme måde bevæger det sig hurtigere i væsker end i gasser, så det bevæger sig hurtigere i vand end i luft.

Specifikt er dens udbredelseshastighed i luften 343 m / s, når den er ved en temperatur på 20 ºC.

Forplantningshastighed for elektromagnetiske bølger

Elektromagnetiske bølger, som er en type tværgående bølger, forplantes gennem rummet. Derfor kræver de ikke et bevægelsesmiddel: de kan rejse gennem et tomrum.

Elektromagnetiske bølger bevæger sig med omkring 300.000 km / s (lyshastighed), skønt de afhængigt af deres hastighed grupperes i frekvensområder, der udgør det, der kaldes det elektromagnetiske spektrum.

Løst øvelser

Første øvelse

Find den hastighed, hvormed en tværgående bølge bevæger sig gennem et 6 m langt reb, hvis spændingen i rebet er 8 N og dens samlede masse er 12 kg.

Løsning

Den første ting, der er nødvendig for at beregne, er den lineære tæthed af strengen:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Når dette er gjort, er det muligt at bestemme udbredelseshastigheden, som det er substitueret med i udtrykket:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Anden øvelse

Det vides, at frekvensen af ​​musiknoten er 440 Hz. Bestem, hvad dens bølgelængde er både i luft og i vand, vel vidende, at dens forplantningshastighed i luft er 340 m / s, mens den er i luft vand når 1400 m / s.

Løsning

For at beregne bølgelængden løser vi λ fra følgende udtryk:

v = λ ∙ f

Det opnås: λ = v / f

Følgende resultater opnås ved at erstatte dataene fra erklæringen:

λ _luft = 340/440 = 0,773 m

λ _vand = 1400/440 = 3,27 m

Referencer

1. Wave (nd). På Wikipedia. Hentet den 19. maj 2018 fra es.wikipedia.org.
2. Faseshastighed (nd). På Wikipedia. Hentet den 19. maj 2018 fra en.wikipedia.org.
3. Lydhastighed (nd). På Wikipedia. Hentet den 19. maj 2018 fra en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fysik og kemi. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Forståelse af fysik. Birkhäuser.
6. French, AP (1971). Vibrationer og bølger (MIT introduktionsfysikserie). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Bølger (Berkeley Physics Course, bind 3), McGraw-Hill.