Wave Propagation Speed: Faktorer og hvordan det måles

Hastigheten til forplantning av en bølge er størrelsen som måler hastigheten der forstyrrelsen av bølgen forplanter seg langs dens forskyvning. Hastigheten som bølgen propagerer av, avhenger av både typen av bølge og det medium gjennom hvilket det blir forplantet.

Logisk vil det ikke bevege seg i samme hastighet en bølge som beveger seg gjennom luften den som gjør det gjennom landet eller havet. På samme måte går en seismisk bølge, lyd eller lys ikke i samme hastighet. For eksempel forplanter elektromagnetiske bølger i et vakuum ved lysets hastighet; det vil si 300.000 km / s.

Når det gjelder lyd i luften, er forplantningshastigheten 343 m / s. Generelt gjelder for de mekaniske bølgene hastigheten gjennom et materiale hovedsakelig på to av egenskapene til mediet: dets tetthet og dets stivhet. I alle fall er hastigheten generelt knyttet til verdien av bølgelengden og perioden.

Forholdet kan uttrykkes matematisk gjennom kvoten: v = λ / T, hvor v er bølgens hastighet målt i meter per sekund, λ er bølgelengden målt i meter og T er perioden målt i sekunder.

Hvordan måles det?

Som tidligere nevnt, er bølgens hastighet generelt bestemt av dens bølgelengde og dens periode.

På grunn av at bølgelængden og frekvensen er omvendt proporsjonal, kan det også påpekes at hastigheten avhenger av bølgefrekvensen.

Disse forholdene kan uttrykkes matematisk som dette:

v = λ / T = λ ∙ f

I dette uttrykket er f frekvensen av bølgen målt i Hz.

Et slikt forhold er bare en annen måte å uttrykke forholdet mellom hastighet, rom og tid på: v = s / t, hvor s representerer plassen som reist av en kropp i bevegelse.

Derfor, for å kjenne hastigheten som en bølge propagererer, er det nødvendig å kjenne dens bølgelengde og enten dens periode eller dens frekvens. Fra det ovenstående er det klart at farten ikke avhenger av energien til bølgen eller dens amplitude.

For eksempel, hvis du vil måle hastigheten på forplantning av en bølge langs et tau, kan det gjøres ved å bestemme tiden det tar for en forstyrrelse å gå fra ett punkt på tauet til et annet.

Faktorer som det avhenger av

Til slutt vil hastigheten for forplantning av en bølge avhenge av både typen av bølge og egenskapene til mediet gjennom hvilket det beveger seg. Nedenfor er noen spesifikke tilfeller.

Forplantningshastighet av tverrbølger på en streng

Et veldig enkelt og veldig grafisk eksempel for å forstå hvilke faktorer som bølgehastigheten normalt avhenger av, er den av tverrbølger som beveger seg langs en streng.

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

v = √ (T / μ)

I dette uttrykket er μ den lineære tettheten i kilo per meter og T er spenningen av strengen.

Lydutbredelseshastighet

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

Hastigheten der lyden beveger seg gjennom et materialmedium, vil være en funksjon av egenskapene til mediet som det overføres til: temperatur, tetthet, trykk, fuktighet etc.

Lyd beveger seg raskere i legemer i fast tilstand enn i væsker. På samme måte forløper det raskere i væsker enn i gasser, så det beveger seg raskere i vann enn i luften

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

Forplantningshastighet av elektromagnetiske bølger

Elektromagnetiske bølger, som er en type transversale bølger, forplanter seg gjennom rommet. Derfor krever de ikke et middel til å bevege seg: de kan reise gjennom et vakuum.

Elektromagnetiske bølger beveger seg til omtrent 300.000 km / s (lysets hastighet), men avhengig av deres hastighet, grupperes de i frekvensområder som komponerer det som kalles det elektromagnetiske spektret.

Løste oppgaver

Første øvelse

Beregn hastigheten ved hvilken en tverrbølge forplanter seg gjennom et 6 m lang tau, hvis tauets spenning er 8 N og totalmassen er 12 kg.

oppløsning

Det første som må beregnes er den lineære tettheten av strengen:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Når dette er gjort, er det allerede mulig å bestemme forplantningshastigheten, for hvilken den er erstattet i uttrykket:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Andre øvelse

Det er kjent at frekvensen av notatet er 440 Hz. Bestem hva som er bølgelengden både i luften og i vannet, og vite at i luften er dens forplantningshastighet 340 m / s, mens i vann når 1400 m / s.

oppløsning

For å beregne bølgelengden fjerner vi λ av følgende uttrykk:

v = λ ∙ f

Du får: λ = v / f

Ved å erstatte dataene i erklæringen kommer vi til følgende resultater:

λ luft = 340/440 = 0.773 m

λ vann = 1400/440 = 3, 27 m