VIĻŅA IZPLATĪŠANĀS ĀTRUMS: FAKTORI UN MĒRĪŠANA - FIZISKĀ - 2025

Pavairošanas viļņa ātrums ir lielums, kas mēra ātrumu traucēšana viļņu joslā izplatās tā pārvietošanu. Ātrums, ar kādu vilnis izplatās, ir atkarīgs gan no viļņa veida, gan no vides, caur kuru tas izplatās.

Loģiski, ka vilnis, kas pārvietojas pa gaisu, nevirzīsies ar tādu pašu ātrumu kā tas, kas pārvietojas pa zemi vai jūru. Tāpat seismiskais vilnis, skaņa vai gaisma neplīst ar tādu pašu ātrumu. Piemēram, vakuumā elektromagnētiskie viļņi izplatās ar gaismas ātrumu; tas ir, 300 000 km / s.

Gaisā skaņas gadījumā tās izplatīšanās ātrums ir 343 m / s. Parasti mehāniskiem viļņiem ātrums caur materiālu galvenokārt ir atkarīgs no divām vides īpašībām: tās blīvuma un stingruma. Jebkurā gadījumā ātrums parasti ir saistīts ar viļņa garuma un perioda vērtību.

Attiecību var izteikt matemātiski, izmantojot koeficientu: v = λ / T, kur v ir viļņa ātrums, ko mēra metros sekundē, λ ir viļņa garums, kas izmērīts metros, un T ir periods, ko mēra sekundē.

Kā mēra?

Kā jau minēts iepriekš, viļņa ātrumu parasti nosaka tā viļņa garums un periods.

Tā kā viļņa periods un frekvence ir apgriezti proporcionāli, var arī apgalvot, ka ātrums ir atkarīgs no viļņa frekvences.

Šīs attiecības var izteikt matemātiski šādi:

v = λ / T = λ ∙ f

Šajā izteiksmē f ir viļņa frekvence, kas izmērīta Hz.

Šīs attiecības ir tikai vēl viens veids, kā izteikt attiecības starp ātrumu, telpu un laiku: v = s / t, kur s apzīmē kustīgās ķermeņa pārvietojamo telpu.

Šī iemesla dēļ, lai zinātu viļņa izplatīšanās ātrumu, ir jāzina tā viļņa garums un periodiskums, vai frekvence. No iepriekšminētā skaidri izriet, ka ātrums nav atkarīgs no viļņa enerģijas vai tā amplitūdas.

Piemēram, ja vēlaties izmērīt viļņa izplatīšanās ātrumu pa virvi, varat to izdarīt, nosakot laiku, kas nepieciešams, lai traucējums pārietu no viena virves punkta uz otru.

Faktori, no kuriem atkarīgs

Galu galā viļņa izplatīšanās ātrums būs atkarīgs gan no viļņa veida, gan no tās vides īpašībām, caur kuru tas pārvietojas. Zemāk ir daži īpaši gadījumi.

Šķērsvirzienu viļņu izplatīšanās ātrums virknē

Ļoti vienkāršs un ļoti grafisks piemērs, lai saprastu, no kuriem faktoriem viļņa ātrums parasti ir atkarīgs, ir šķērsviļņi, kas virzās pa virkni.

Šī izteiksme ļauj noteikt šo viļņu izplatīšanās ātrumu:

v = √ (T / μ)

Šajā izteiksmē μ ir lineārais blīvums kilogramos uz metru, un T ir auklas spriegojums.

Skaņas izplatīšanās ātrums

Skaņa ir īpašs mehāniskā viļņa gadījums; tāpēc tas prasa līdzekļus, lai varētu pārvietoties, nevis to var izdarīt vakuumā.

Ātrums, ar kādu skaņa pārvietojas caur materiāla barotni, būs atkarīgs no tās vides īpašībām, caur kuru tā tiek raidīta: temperatūra, blīvums, spiediens, mitrums utt.

Cietvielu ķermeņos skaņa pārvietojas ātrāk nekā šķidrumos. Tādā pašā veidā šķidrumos tas pārvietojas ātrāk nekā gāzēs, tāpēc ūdenī tas pārvietojas ātrāk nekā gaisā.

Konkrēti, tā izplatīšanās ātrums gaisā ir 343 m / s, kad tā temperatūra ir 20 ºC.

Elektromagnētisko viļņu izplatīšanās ātrums

Elektromagnētiskie viļņi, kas ir šķērsenisko viļņu veids, izplatās caur kosmosu. Tāpēc viņiem nav nepieciešami pārvietošanās līdzekļi: viņi var ceļot caur vakuumu.

Elektromagnētiskie viļņi pārvietojas ar ātrumu 300 000 km / s (gaismas ātrums), lai arī atkarībā no to ātruma tie ir sagrupēti frekvenču diapazonos, veidojot to, ko sauc par elektromagnētisko spektru.

Atrisināti vingrinājumi

Pirmais vingrinājums

Atrodiet ātrumu, kādā šķērsvirziena vilnis pārvietojas pa 6 m garu virvi, ja virves spriegojums ir 8 N un tā kopējā masa ir 12 kg.

Risinājums

Pirmais, kas jāaprēķina, ir virknes lineārais blīvums:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Kad tas ir izdarīts, ir iespējams noteikt izplatīšanās ātrumu, kuram tas ir aizstāts ar izteiksmi:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Otrais vingrinājums

Ir zināms, ka nošu frekvence ir 440 Hz. Nosakiet, kāds ir tā viļņa garums gan gaisā, gan ūdenī, zinot, ka tā izplatīšanās ātrums gaisā ir 340 m / s, bet gaisā ūdens sasniedz 1400 m / s.

Risinājums

Lai aprēķinātu viļņa garumu, λ tiek atrisināts no šādas izteiksmes:

v = λ ∙ f

To iegūst: λ = v / f

Aizstājot datus no paziņojuma, tiek sasniegti šādi rezultāti:

λ _gaiss = 340/440 = 0,773 m

λ _ūdens = 1400/440 = 3,27 m

Atsauces

1. Vilnis (nd). Vietnē Wikipedia. Iegūts 2018. gada 19. maijā no es.wikipedia.org.
2. Fāzes ātrums (nd). Vietnē Wikipedia. Iegūts 2018. gada 19. maijā no vietnes en.wikipedia.org.
3. Skaņas ātrums (nd). Vietnē Wikipedia. Iegūts 2018. gada 19. maijā no vietnes en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizika un ķīmija. Everests
5. Deivids C. Kasidijs, Džeralds Džeimss Holtons, Floids Džeimss Rutherfords (2002). Izpratne par fiziku. Birkhäuser.
6. Franču valoda, AP (1971). Vibrācijas un viļņi (MIT fizikas ievada sērija). Nelsons Torns.
7. Crawford jr., Frenks S. (1968). Viļņi (Bērklija fizikas kurss, 3. sējums), Makgreivs.