HITROST ŠIRJENJA VALA: FAKTORJI IN MERJENJE - FIZIČNO - 2026

Hitrost širjenja vala je obseg, ki meri hitrost, pri kateri vznemirjanje širi valov ob premestitve. Hitrost širjenja vala je odvisna od vrste vala in medija, skozi katerega se širi.

Logično, da val, ki se premika po zraku, ne bo potoval z enako hitrostjo, kot se giblje po kopnem ali morju. Podobno seizmični val, zvok ali svetloba ne napredujejo z isto hitrostjo. Na primer, v vakuumu se elektromagnetni valovi širijo s hitrostjo svetlobe; torej 300.000 km / s.

Pri zvoku v zraku je njegova hitrost širjenja 343 m / s. Na splošno je za mehanske valove hitrost skozi material odvisna predvsem od dveh lastnosti medija: njegove gostote in togosti. V vsakem primeru je na splošno hitrost povezana z vrednostjo valovne dolžine in obdobja.

Razmerje lahko izražamo matematično s količnikom: v = λ / T, kjer je v hitrost vala, izmerjena v metrih na sekundo, λ je valovna dolžina, merjena v metrih in T je obdobje, izmerjeno v sekundah.

Kot merjeno?

Kot smo že omenili, je na splošno hitrost vala določena z njegovo valovno dolžino in obdobjem.

Ker sta torej obdobje in frekvenca vala obratno sorazmerna, lahko tudi trdimo, da je hitrost odvisna od frekvence vala.

Te odnose lahko izrazite matematično tako:

v = λ / T = λ ∙ f

V tem izrazu f je frekvenca vala, izmerjena v Hz.

Tak odnos je le še en način izražanja razmerja med hitrostjo, prostorom in časom: v = s / t, kjer s predstavlja prostor, ki ga prepotuje gibajoče se telo.

Zaradi tega je treba vedeti, s kakšno hitrostjo se širi valovanje, njegovo valovno dolžino in bodisi njegovo obdobje bodisi frekvenco. Iz zgoraj navedenega jasno izhaja, da hitrost ni odvisna od energije vala ali njegove amplitude.

Če želite na primer izmeriti hitrost širjenja vala vzdolž vrvi, lahko to storite tako, da določite čas, ki traja, da motnja preide iz ene točke na vrvi v drugo.

Dejavniki, od katerih je odvisno

Konec koncev bo hitrost širjenja vala odvisna od vrste vala in značilnosti medija, skozi katerega potuje. Spodaj je nekaj konkretnih primerov.

Hitrost širjenja prečnih valov v vrvici

Zelo preprost in zelo grafičen primer za razumevanje dejavnikov, od katerih je odvisna hitrost valovanja, je hitrost prečnih valov, ki napredujejo vzdolž vrvice.

Naslednji izraz omogoča določitev hitrosti širjenja teh valov:

v = √ (T / μ)

V tem izrazu je μ linearna gostota v kilogramih na meter in T napetost vrvice.

Hitrost širjenja zvoka

Zvok je poseben primer mehanskega valovanja; zato potrebuje sredstvo, da se lahko premika, ne da bi to lahko storil v vakuumu.

Hitrost, s katero zvok potuje skozi materialni medij, bo odvisna od lastnosti medija, skozi katerega se prenaša: temperature, gostote, tlaka, vlažnosti itd.

Zvok potuje hitreje v trdnih telesih kot v tekočinah. Na enak način se giblje hitreje v tekočinah kot v plinih, zato se hitreje premika v vodi kot v zraku.

Natančneje, njegova hitrost širjenja v zraku je 343 m / s, kadar je pri temperaturi 20 ° C.

Hitrost širjenja elektromagnetnih valov

Elektromagnetni valovi, ki so vrsta prečnih valov, se širijo skozi vesolje. Zato ne potrebujejo gibanja: lahko potujejo skozi praznino.

Elektromagnetni valovi potujejo s približno 300.000 km / s (svetlobna hitrost), čeprav so, odvisno od njihove hitrosti, razvrščeni v frekvenčni obseg, ki sestavlja elektromagnetni spekter.

Rešene vaje

Prva vaja

Poiščite hitrost, s katero prečni val potuje skozi 6 m dolgo vrv, če je napetost v vrvi 8 N, njegova skupna masa pa je 12 kg.

Rešitev

Prva stvar, ki jo je potrebno izračunati, je linearna gostota niza:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Ko je to storjeno, je mogoče določiti hitrost širjenja, za katero je nadomeščen v izrazu:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Druga vaja

Znano je, da je frekvenca glasbene note 440 Hz. Določite, kakšna je njena valovna dolžina tako v zraku kot v vodi, saj veste, da je njena hitrost širjenja v zraku 340 m / s, medtem ko je v zraku voda doseže 1400 m / s.

Rešitev

Za izračun valovne dolžine rešimo λ iz naslednjega izraza:

v = λ ∙ f

Dobimo: λ = v / f

Z zamenjavo podatkov iz izjave se dosežejo naslednji rezultati:

λ _zrak = 340/440 = 0,773 m

λ _voda = 1400/440 = 3,27 m

Reference

1. Val (drugi). Na Wikipediji. Pridobljeno 19. maja 2018 z es.wikipedia.org.
2. Fazna hitrost (nd). Na Wikipediji. Pridobljeno 19. maja 2018 z en.wikipedia.org.
3. Hitrost zvoka (nd). Na Wikipediji. Pridobljeno 19. maja 2018 z en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizika in kemija. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Razumevanje fizike. Birkhäuser.
6. Francoščina, AP (1971). Vibracije in valovi (serija MIT Uvodna fizika). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Valovi (Tečaj fizike Berkeley, letnik 3), McGraw-Hill.