Brzina širenja valnih faktora i kako se mjeri



brzina širenja vala je veličina koja mjeri brzinu kojom se smetnja vala širi duž njezina pomaka. Brzina kojom se val širi ovisi o tipu vala i mediju kroz koji se propagira.

Logično, neće se istom brzinom kretati val koji se kreće zrakom onaj koji ga prolazi kroz kopno ili more. Na isti način seizmički val, zvuk ili svjetlo ne napreduju istom brzinom. Na primjer, u vakuumu se elektromagnetski valovi šire brzinom svjetlosti; to jest, na 300.000 km / s.

U slučaju zvuka u zraku, njegova brzina širenja je 343 m / s. Općenito, za mehaničke valove brzina kroz materijal ovisi uglavnom o dvije karakteristike medija: njegovoj gustoći i njezinoj krutosti. U svakom slučaju, općenito je brzina povezana s vrijednošću valne duljine i razdoblja.

Odnos se može izraziti matematički preko kvocijenta: v = λ / T, gdje je v brzina vala izmjerena u metrima u sekundi, λ je valna duljina izmjerena u metrima i T je vrijeme izmjereno u sekundama..

indeks

  • 1 Kako se mjeri?
  • 2 Čimbenici od kojih ovisi
    • 2.1 Brzina širenja poprečnih valova na žici
    • 2.2 Brzina širenja zvuka
    • 2.3 Brzina širenja elektromagnetskih valova
  • 3 vježbe riješene
    • 3.1 Prva vježba
    • 3.2 Druga vježba
  • 4 Reference

Kako se mjeri?

Kao što je već spomenuto, općenito je brzina vala određena valnom duljinom i njegovim razdobljem.

Stoga, s obzirom na to da su razdoblje i frekvencija vala obrnuto proporcionalni, može se reći da brzina ovisi o frekvenciji vala.

Ovi odnosi se mogu izraziti matematički ovako:

v = λ / T = λ ∙ f

U ovom izrazu f je frekvencija vala izmjerena u Hz.

Takav odnos je samo još jedan način izražavanja odnosa između brzine, prostora i vremena: v = s / t, gdje s predstavlja prostor koji putuje tijelo u pokretu.

Stoga, da bismo znali brzinu kojom se val širi, potrebno je znati njezinu valnu duljinu i njezino razdoblje ili njegovu frekvenciju. Iz navedenog je jasno da brzina ne ovisi ni o energiji vala niti o njezinoj amplitudi.

Na primjer, ako želite izmjeriti brzinu širenja vala uzduž užeta, to se može učiniti određivanjem vremena koje je potrebno da se smetnja kreće iz jedne točke užeta u drugu.

Čimbenici o kojima ovisi

Naposljetku, brzina širenja vala ovisit će o vrsti vala io karakteristikama medija kroz koji se kreće. U nastavku su navedeni neki specifični slučajevi.

Brzina širenja poprečnih valova na konopcu

Vrlo jednostavan i vrlo slikovit primjer za razumijevanje faktora na kojima normalno ovisi brzina vala je transverzalni valovi koji se kreću duž niza.

Sljedeći izraz omogućuje određivanje brzine širenja tih valova:

v = √ (T / μ)

U ovom izrazu μ je linearna gustoća u kilogramima po metru i T je napetost niza.

Brzina širenja zvuka

Zvuk je poseban slučaj mehaničkog vala; dakle, to zahtijeva sredstvo za kretanje, a ne u vakuumu.

Brzina kojom zvuk putuje kroz materijalni medij će biti funkcija karakteristika medija kroz koji se prenosi: temperatura, gustoća, tlak, vlažnost itd..

Zvuk se brže kreće u tijelima u čvrstom stanju nego u tekućinama. Na isti način, brže napreduje u tekućinama nego u plinovima, tako da putuje brže u vodi nego u zraku

Posebice, brzina njegovog širenja u zraku iznosi 343 m / s kada je na temperaturi od 20 ºC.

Propagacijska brzina elektromagnetskih valova

Elektromagnetski valovi, koji su vrsta transverzalnih valova, šire se kroz prostor. Stoga oni ne zahtijevaju sredstva za kretanje: oni mogu putovati kroz prazninu.

Elektromagnetski valovi se kreću oko 300.000 km / s (brzina svjetlosti) iako su, ovisno o brzini, grupirani u frekvencijske raspone koji čine ono što se naziva elektromagnetski spektar.

Riješene vježbe

Prva vježba

Izračunajte brzinu kojom se poprečni val širi kroz 6 m dugu užad, ako je napetost užeta 8 N i ukupna masa je 12 kg.

otopina

Prva stvar koju treba izračunati je linearna gustoća niza:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Nakon što je to učinjeno, već je moguće odrediti brzinu širenja, za koju se zamjenjuje izrazom:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Druga vježba

Poznato je da je frekvencija glazbene note 440 Hz. Odredite koja je valna duljina u zraku iu vodi, znajući da je u zraku njegova brzina širenja 340 m / s, dok je u voda doseže 1400 m / s.

otopina

Za izračun valne duljine očistimo λ sljedećeg izraza:

v = λ ∙ f

Dobivate: λ = v / f

Zamjenjujući podatke iz izjave, dolazimo do sljedećih rezultata:

λ zrak = 340/440 = 0,773 m

λ voda = 1400/440 = 3,27 m

reference

  1. Val (n.d.). U Wikipediji. Preuzeto 19. svibnja 2018. s en.wikipedia.org.
  2. Fazna brzina (n.d.). U Wikipediji. Preuzeto 19. svibnja 2018. s en.wikipedia.org.
  3. Brzina zvuka (n.d.). U Wikipediji. Preuzeto 19. svibnja 2018. s en.wikipedia.org.
  4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizika i kemija. Everest
  5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002.). Razumijevanje fizike. Birkhauser.
  6. Francuski, A.P. (1971). Vibracije i valovi (M.I.T. Uvodni niz fizike). Nelson Thornes.
  7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Tečaj fizike u Berkeleyu, Vol. 3), McGraw-Hill.