Lainefaktorite levimise kiirus ja selle mõõtmine



The laine levimise kiirus on suurus, mis mõõdab kiirust, millega lainepikkus levib mööda selle nihet. Kiirus, mille juures laine levib, sõltub nii laine tüübist kui ka vahendist, mille kaudu see levib.

Loogiliselt ei liigu samal kiirusel laine, mis liigub läbi õhu, mis teeb selle läbi maa või mere. Samamoodi ei käivita seismiline laine, heli või valgus sama kiirusega. Näiteks vaakumis levivad elektromagnetilised lained valguse kiirusel; see tähendab 300 000 km / s.

Õhus oleva heli korral on selle levimiskiirus 343 m / s. Üldiselt sõltub mehaaniliste lainete kiirus materjali kiirusest peamiselt keskuse kahest omadusest: selle tihedusest ja jäikusest. Igal juhul on kiirus seotud lainepikkuse ja perioodi väärtusega.

Suhet saab väljendada matemaatiliselt jaotise kaudu: v = λ / T, kus v on laine kiirus, mõõdetuna meetrites sekundis, λ on lainepikkus, mida mõõdetakse meetrites ja T on ajavahemik, mida mõõdetakse sekundites.

Indeks

  • 1 Kuidas seda mõõdetakse?
  • 2 Tegurid, millest see sõltub
    • 2.1 Ristjoonte põiklainete levimise kiirus
    • 2.2 Heli levimise kiirus
    • 2.3 Elektromagnetlainete levimise kiirus
  • 3 Harjutused lahendatud
    • 3.1 Esimene harjutus
    • 3.2 Teine harjutus
  • 4 Viited

Kuidas seda mõõdetakse?

Nagu juba eespool mainitud, määrab laine kiirus selle lainepikkuse ja selle perioodi järgi.

Seega, arvestades, et laine periood ja sagedus on pöördvõrdeline, võib öelda, et kiirus sõltub laine sagedusest..

Neid suhteid saab väljendada matemaatiliselt:

v = λ / T = λ ∙ f

Selles väljendis f on sageduse sagedus, mida mõõdetakse Hz-s.

Selline suhe on lihtsalt üks viis kiiruse, ruumi ja aja vahelise suhte väljendamiseks: v = s / t, kus s esindab liikuva keha poolt liikuvat ruumi.

Seega, et teada saada kiirust, millega laine levib, on vaja teada selle lainepikkust ja kas selle perioodi või sagedust. Eespool kirjeldatu põhjal on selge, et kiirus ei sõltu laine energiast ega selle amplituudist.

Näiteks, kui soovite mõõta laine levimise kiirust trossi kaudu, saab seda teha, määrates aja, mis kulub trossist, et minna ühest trossi punktist teise.

Tegurid, millest see sõltub

Lõppkokkuvõttes sõltub laine leviku kiirus nii laine tüübist kui ka selle keskkonna omadustest, mille kaudu ta liigub. Allpool on mõned konkreetsed juhtumid.

Ristjoonte põiklainete levikukiirus

Väga lihtne ja väga graafiline näide selle kohta, millised on tegurid, millest lainekiirus tavaliselt sõltub, on piki laineid liiguvad põiklained..

Järgmine väljend võimaldab nende lainete leviku kiirust määrata:

v = √ (T / μ)

Selles väljendis μ on lineaarne tihedus kilogrammides meetri kohta ja T on stringide pinged.

Heli levimise kiirus

Heli on mehaanilise laine konkreetne juhtum; seetõttu nõuab see liikumiseks vahendeid, kuid ei suuda seda teha vaakumis.

Kiirus, millega heli liigub materjali keskkonnas, sõltub selle keskkonna omadustest, mille kaudu see edastatakse: temperatuur, tihedus, rõhk, niiskus jne..

Heli liigub tahkes olekus kiiremini kui vedelikes. Samamoodi edeneb see vedelike kiiremini kui gaasides, nii et see liigub vees kiiremini kui õhus

Eelkõige on selle kiirus õhus 353 m / s, kui temperatuur on 20 ° C..

Elektromagnetiliste lainete levimiskiirus

Elektromagnetilised lained, mis on transversaalsete lainete liik, levivad läbi ruumi. Seetõttu ei nõua nad liikumiseks vahendeid: nad võivad reisida läbi tühimiku.

Elektromagnetilised lained liiguvad umbes 300 000 km / s (valguse kiirus), kuigi olenevalt kiirusest rühmitatakse need sagedusaladeks, mis moodustavad elektromagnetilise spektri..

Lahendatud harjutused

Esimene harjutus

Arvutage kiirus, mille juures põiklaine levib läbi 6 m pikkuse trossi, kui trossi pinged on 8 N ja selle kogumass on 12 kg.

Lahendus

Esimene asi, mida tuleb arvutada, on stringi lineaarne tihedus:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Kui see on tehtud, on juba võimalik kindlaks teha paljundamise kiirus, mille jaoks see on väljendis:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Teine harjutus

On teada, et muusikalise tähise sagedus on 440 Hz. Määrake, milline on selle lainepikkus nii õhus kui ka vees, teades, et õhus on levimise kiirus 340 m / s, samas kui vesi jõuab 1400 m / s.

Lahendus

Lainepikkuse arvutamiseks puhastame λ järgmine väljend:

v = λ ∙ f

Saad: λ = v / f

Aruande andmete asendamisel jõuame järgmistele tulemustele:

λ õhku = 340/440 = 0,773 m

λ vesi = 1400/440 = 3,27 m

Viited

  1. Laine (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 19. mail 2018, en.wikipedia.org.
  2. Faasi kiirus (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 19. mail 2018, en.wikipedia.org.
  3. Heli kiirus (n.d.). Wikipedias. Välja otsitud 19. mail 2018, en.wikipedia.org.
  4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Füüsika ja keemia. Everest
  5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Füüsika mõistmine. Birkhäuser.
  6. Prantsuse keel, A.P. (1971). Vibratsioonid ja lained (sissejuhatava füüsika seeria). Nelson Thornes.
  7. Crawford jr, Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, 3. köide)), McGraw-Hill.