СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ: ФАКТОРЫ И ИЗМЕРЕНИЕ - ФИЗИЧЕСКИЙ - 2025

Скорость распространения волны является величиной , которая измеряет скорость , при которой нарушении волны распространяется вдоль ее перемещения. Скорость распространения волны зависит как от типа волны, так и от среды, в которой она распространяется.

По логике, волна, которая движется по воздуху, не будет двигаться с той же скоростью, что и волна, движущаяся по суше или по морю. Точно так же сейсмическая волна, звук или свет не распространяются с одинаковой скоростью. Например, в вакууме электромагнитные волны распространяются со скоростью света; то есть 300 000 км / с.

В случае звука в воздухе его скорость распространения составляет 343 м / с. В общем, для механических волн скорость сквозь материал зависит в основном от двух характеристик среды: ее плотности и жесткости. В любом случае, как правило, скорость связана со значением длины волны и периода.

Взаимосвязь может быть выражена математически через частное: v = λ / T, где v - скорость волны, измеренная в метрах в секунду, λ - длина волны, измеренная в метрах, а T - период, измеренный в секундах.

Как измерено?

Как упоминалось ранее, в целом скорость волны определяется ее длиной волны и периодом.

Следовательно, поскольку период и частота волны обратно пропорциональны, можно также сказать, что скорость зависит от частоты волны.

Математически эти отношения можно выразить так:

v = λ / T = λ ∙ f

В этом выражении f - частота волны, измеренная в Гц.

Такие отношения - это просто еще один способ выразить взаимосвязь между скоростью, пространством и временем: v = s / t, где s представляет собой пространство, пройденное движущимся телом.

По этой причине, чтобы знать скорость, с которой распространяется волна, необходимо знать ее длину волны и либо ее период, либо ее частоту. Из сказанного ясно следует, что скорость не зависит от энергии волны или ее амплитуды.

Например, если вы хотите измерить скорость распространения волны по веревке, вы можете сделать это, определив время, за которое возмущение переместится из одной точки веревки в другую.

Факторы, от которых это зависит

В конечном итоге скорость распространения волны будет зависеть как от типа волны, так и от характеристик среды, через которую она распространяется. Ниже приведены некоторые конкретные случаи.

Скорость распространения поперечных волн в струне

Очень простой и очень наглядный пример, позволяющий понять, от каких факторов обычно зависит скорость волны, - это поперечные волны, распространяющиеся по струне.

Следующее выражение позволяет определить скорость распространения этих волн:

v = √ (Т / μ)

В этом выражении μ - это линейная плотность в килограммах на метр, а T - натяжение струны.

Скорость распространения звука

Звук - это частный случай механической волны; следовательно, для этого необходимы средства, позволяющие двигаться, а не в вакууме.

Скорость, с которой звук распространяется через материальную среду, будет функцией характеристик среды, через которую он передается: температуры, плотности, давления, влажности и т. Д.

Звук в твердых телах распространяется быстрее, чем в жидкостях. Точно так же он движется быстрее в жидкостях, чем в газах, поэтому в воде он движется быстрее, чем в воздухе.

В частности, его скорость распространения в воздухе составляет 343 м / с при температуре 20 ºC.

Скорость распространения электромагнитных волн

Электромагнитные волны, которые представляют собой тип поперечных волн, распространяются в пространстве. Следовательно, им не нужны средства передвижения: они могут путешествовать по пустоте.

Электромагнитные волны распространяются со скоростью около 300 000 км / с (скорость света), хотя, в зависимости от их скорости, они сгруппированы по частотным диапазонам, составляющим так называемый электромагнитный спектр.

Решенные упражнения

Первое упражнение

Найти скорость, с которой поперечная волна распространяется по канату длиной 6 м, если натяжение каната составляет 8 Н, а его общая масса равна 12 кг.

Решение

Первое, что необходимо вычислить, это линейную плотность струны:

μ = 12/6 = 2 кг / м

После этого можно определить скорость распространения, для которой она подставляется в выражение:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 м / с

Второе упражнение

Известно, что частота музыкальной ноты составляет 440 Гц. Определите, какова ее длина волны как в воздухе, так и в воде, зная, что в воздухе скорость ее распространения составляет 340 м / с, а в вода достигает 1400 м / с.

Решение

Чтобы вычислить длину волны, мы решаем λ из следующего выражения:

v = λ ∙ f

Получается: λ = v / f

Подставляя данные из выписки, достигаются следующие результаты:

λ _воздух = 340/440 = 0,773 м

λ _воды = 1400/440 = 3,27 м

Ссылки

1. Волна (nd). В Википедии. Получено 19 мая 2018 г. с сайта es.wikipedia.org.
2. Фазовая скорость (nd). В Википедии. Получено 19 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
3. Скорость звука (nd). В Википедии. Получено 19 мая 2018 г. с сайта en.wikipedia.org.
4. Фидальго Санчес, Хосе Антонио (2005). Физика и химия. Эверест
5. Дэвид К. Кэссиди, Джеральд Джеймс Холтон, Флойд Джеймс Резерфорд (2002). Понимание физики. Birkhäuser.
6. Французский, AP (1971). Колебания и волны (серия вводных по физике Массачусетского технологического института). Нельсон Торнс.
7. Кроуфорд-младший, Фрэнк С. (1968). Волны (Курс физики Беркли, том 3), McGraw-Hill.