Rychlost šíření vlnových faktorů a způsob měření

rychlost šíření vlny je velikost, která měří rychlost, kterou se rušení vlny šíří podél jejího posunutí. Rychlost, při které se vlna šíří, závisí na typu vlny a na médiu, kterým se šíří.

Logicky se nebude pohybovat stejnou rychlostí vlnou, která se pohybuje vzduchem, který ji protíná zemí nebo mořem. Stejně tak seismická vlna, zvuk nebo světlo nepostupují stejnou rychlostí. Například ve vakuu se elektromagnetické vlny šíří rychlostí světla; to znamená 300 000 km / s.

V případě zvuku ve vzduchu je rychlost jeho šíření 343 m / s. Obecně platí, že u mechanických vln závisí rychlost materiálu především na dvou charakteristikách média: jeho hustotě a tuhosti. V každém případě je rychlost obvykle vztažena k hodnotě vlnové délky a periody.

Vztah lze vyjádřit matematicky pomocí kvocientu: v = λ / T, kde v je rychlost vlny měřené v metrech za sekundu, λ je vlnová délka měřená v metrech a T je perioda měřená v sekundách.

Index

• 1 Jak se měří?
• 2 Faktory, na kterých záleží
  • 2.1 Rychlost šíření příčných vln na řetězci
  • 2.2 Rychlost šíření zvuku
  • 2.3 Rychlost šíření elektromagnetických vln
• 3 Řešené úlohy
  • 3.1 První cvičení
  • 3.2 Druhé cvičení
• 4 Odkazy

Jak se měří?

Jak již bylo uvedeno výše, obecně je rychlost vlny určena její vlnovou délkou a její periodou.

Vzhledem k tomu, že doba a frekvence vlny jsou nepřímo úměrné, lze také říci, že rychlost závisí na frekvenci vlny..

Tyto vztahy lze vyjádřit matematicky takto:

v = λ / T = λ ∙ f

V tomto výrazu f je frekvence vlny měřená v Hz.

Takový vztah je jen dalším způsobem, jak vyjádřit vztah mezi rychlostí, prostorem a časem: v = s / t, kde s představuje prostor pojížděný tělem v pohybu.

Abychom znali rychlost, jakou se vlna šíří, je nutné znát její vlnovou délku a buď její periodu nebo frekvenci. Z výše uvedeného je zřejmé, že rychlost nezávisí ani na energii vlny, ani na její amplitudě.

Chcete-li například měřit rychlost šíření vlny podél lana, lze to provést určením doby, po kterou je třeba přejít z jednoho místa lana na druhé..

Faktory, na kterých záleží

Rychlost šíření vlny bude záviset na typu vlny a na vlastnostech média, kterým se pohybuje. Níže jsou uvedeny některé konkrétní případy.

Rychlost šíření příčných vln na provázku

Velmi jednoduchý a velmi grafický příklad pro pochopení faktorů, na kterých závisí rychlost vlny normálně, na příčných vlnách, které se pohybují podél řetězce.

Následující výraz umožňuje určit rychlost šíření těchto vln:

v = √ (T / μ)

V tomto výrazu μ je lineární hustota v kilogramech na metr a T je napětí řetězce.

Rychlost šíření zvuku

Zvuk je zvláštním případem mechanické vlny; proto vyžaduje prostředky k pohybu, aniž by to bylo možné provést ve vakuu.

Rychlost, s jakou zvuk prochází materiálním médiem, bude funkcí vlastností média, kterým se přenáší: teplota, hustota, tlak, vlhkost atd..

Zvuk se pohybuje rychleji v tělesech v pevném stavu než v kapalinách. Stejně tak postupuje rychleji v kapalinách než v plynech, takže ve vodě putuje rychleji než ve vzduchu

Jeho rychlost šíření ve vzduchu je zejména 343 m / s při teplotě 20 ° C..

Rychlost šíření elektromagnetických vln

Elektromagnetické vlny, které jsou typem příčných vln, se šíří prostorem. Proto nevyžadují prostředky k pohybu: mohou projít prázdnotou.

Elektromagnetické vlny se pohybují kolem 300 000 km / s (rychlost světla), i když v závislosti na jejich rychlosti jsou seskupeny do frekvenčních rozsahů skládajících to, co se nazývá elektromagnetické spektrum.

Vyřešená cvičení

První cvičení

Vypočtěte rychlost, při které se příčná vlna šíří přes 6 m dlouhé lano, je-li napětí lana 8 N a jeho celková hmotnost je 12 kg..

Řešení

První věc, kterou je třeba vypočítat, je lineární hustota řetězce:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Jakmile je toto provedeno, je již možné určit rychlost šíření, pro kterou je ve výrazu nahrazena:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Druhé cvičení

Je známo, že frekvence noty je 440 Hz, určit, jaká je její vlnová délka jak ve vzduchu, tak ve vodě, s vědomím, že ve vzduchu je jeho rychlost šíření 340 m / s, zatímco v pásmu voda dosahuje 1400 m / s.

Řešení

Vypočítáme vlnovou délku λ tohoto výrazu: \ t

v = λ ∙ f

Získáte: λ = v / f

Nahrazením dat výpisu se dostaneme k následujícím výsledkům:

λ _vzduchu = 340/440 = 0,773 m

λ _vody = 1400/440 = 3,27 m

Odkazy

1. Wave (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 19. května 2018, z en.wikipedia.org.
2. Fázová rychlost (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 19. května 2018, z en.wikipedia.org.
3. Rychlost zvuku (n.d.). Ve Wikipedii. Získáno 19. května 2018, z en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fyzika a chemie. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Pochopení fyziky. Birkhäuser.
6. Francouzština, A.P. (1971). Vibrace a vlny (M.I.T. Úvod do fyziky). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Vlny (Berkeleyův fyzikální kurz, sv. 3)), McGraw-Hill.