Forplantningshastigheten til en bølge

Forplantning av en tverrgående og langsgående bølge

Hva er forplantningshastigheten til en bølge?

De forplantningshastigheten til en bølge Det er størrelsen som måler hastigheten som forstyrrelsen av bølgen sprer seg gjennom dens forskyvning. Hastigheten som bølgen sprer seg, avhenger av både bølgen og mediet den sprer seg.

Logisk sett vil en bølge som beveger seg gjennom luften som gjør det gjennom jorden eller ved havet ikke å bevege seg i samme hastighet. Tilsvarende går ikke en seismisk bølge, lyd eller lys med samme hastighet. For eksempel spredte 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, for mekaniske bølger, avhenger hastigheten gjennom et materiale hovedsakelig av to av miljøets egenskaper: dets tetthet og dets stivhet. I alle fall er hastigheten generelt relatert til verdien av bølgelengden og perioden.

Forholdet kan uttrykkes matematisk gjennom kvotienten: v = λ / t, der v er hastigheten på bølgen målt i meter per sekund, λ er bølgelengden målt i meter og t er perioden målt i andre.

Hvordan måles forplantningshastighet?

Generelt bestemmes hastigheten på en bølge av dens bølgelengde og av sin periode.

Derfor, siden perioden og hyppigheten av en bølge er omvendt proporsjonal, kan den også bekreftes at hastigheten avhenger av bølgefrekvensen.

Kan tjene deg: Dirac Jordan Atomic Model: Egenskaper og postulater

Disse forholdene kan uttrykkes matematisk:

v = λ / t = λ ∙ f

I dette uttrykket er F hyppigheten av bølgen målt i Hz.

Et slikt forhold er bare en annen måte å uttrykke forholdet mellom hastighet, rom og tid: V = S / T, der S representerer rommet som reiseres av et legeme i bevegelse.

Derfor, for å kjenne hastigheten som en bølge sprer seg, er det nødvendig å kjenne bølgelengden og enten dens periode eller frekvens. Fra det ovennevnte er det klart at hastigheten ikke er avhengig av bølgen eller dens amplitude.

For eksempel, hvis det er ønsket.

Faktorer avhengig av forplantningshastigheten

Til syvende og sist vil forplantningshastigheten til en bølge avhenge av både bølgen og egenskapene til mediet det beveger seg. Noen spesifikke tilfeller blir utsatt nedenfor.

Forplantningshastigheten til kryssbølger på et tau

Et veldig enkelt og veldig grafisk eksempel for å forstå hva som er faktorene som hastigheten på en bølge normalt avhenger, er den av tverrbølgene som går videre langs et tau.

Følgende uttrykk gjør det mulig å bestemme forplantningshastigheten for disse bølgene:

v = √ (t / μ)

I dette uttrykket er μ den lineære tettheten i kilo per meter, og T er spenningen på tauet.

Kan tjene deg: subatomiske partikler

Lydforplantningshastighet

Lyd er et spesielt tilfelle av mekanisk bølge; Derfor krever det et middel til å bevege seg, og ikke kan gjøre det i et vakuum.

Hastigheten som lyden reiser med et materielt medium, vil være basert på egenskapene til mediet det overføres: temperatur, tetthet, trykk, fuktighet, etc.

Lyden beveger seg raskere i faststofflegemer enn i væsker. På samme måte går det raskere i væsker enn i gasser, så den beveger seg raskere i vann enn i luften

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

Utbredelseshastighet på elektromagnetiske bølger

Elektromagnetiske bølger, som er en type tverrbølger, spredt gjennom rommet. Derfor krever de ikke et middel til å bevege seg: de kan reise gjennom tomrommet.

Elektromagnetiske bølger beveger seg til omtrent 300 000 km/s (lyshastighet), selv om de, avhengig av hastigheten deres, er gruppert i frekvensområder som utgjør det som kalles elektromagnetisk spektrum.

Løste øvelser

Første trening

Beregn hastigheten som en tverrbølge sprer seg gjennom et 6 m langt tau, hvis spenningen på tauet er 8 N og den totale masse er 12 kg.

Løsning

Det første som er nødvendig å beregne er tauets lineære tetthet:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Når dette er gjort, er det allerede mulig å bestemme forplantningshastigheten, som den erstattes i uttrykket:

Det kan tjene deg: Live anklager: konsept, egenskaper, eksempler

v = √ (t / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Andre trening

Det er kjent at hyppigheten av musikalsk lapp er 440 Hz. Bestem hva bølgelengden er både i luften og i vann, vel vitende om at den i luften er utbredelseshastigheten 340 m/s, mens den i vannet når 1400 m/s.

Løsning

For å beregne bølgelengden vi fjerner λ av følgende uttrykk:

V = λ ∙ f

Er oppnådd: λ = v / f

Ved å erstatte dataene fra uttalelsen er følgende resultater nådd:

λ _luft = 340 /440 = 0,773 m

λ _vann = 1400 /440 = 3,27 m