Acțiune:
Viteza propagării factorilor de undă și modul în care acestea sunt măsurate
viteza propagării unui val este magnitudinea care măsoară viteza cu care se propagă perturbația valului de-a lungul deplasării sale. Viteza la care se propagă valurile depinde de tipul undelor, precum și de mediul prin care se propagă.
În mod logic, nu se va mișca cu aceeași viteză un val care se mișcă prin aer care o face prin țară sau mare. În același mod, un val seismic, sunet sau lumină nu avansează cu aceeași viteză. De exemplu, într-un val electromagnetic de vid se propagă la viteza luminii; adică la 300.000 km / s.
În cazul sunetului în aer, viteza de propagare este de 343 m / s. În general, pentru valurile mecanice, viteza printr-un material depinde în principal de două dintre caracteristicile mediului: densitatea și rigiditatea acestuia. În orice caz, viteza este în general legată de valoarea lungimii de undă și a perioadei.
Relația poate fi exprimată matematic prin coeficientul: v = λ / T, unde v este viteza valului măsurată în metri pe secundă, λ este lungimea de undă măsurată în metri și T este perioada măsurată în secunde.
index
- 1 Cum se măsoară?
- 2 Factorii asupra cărora depinde
- 2.1 Viteza propagării undelor transversale pe un șir
- 2.2 Viteza propagării sunetului
- 2.3 Viteza propagării undelor electromagnetice
- 3 Exerciții rezolvate
- 3.1 Primul exercițiu
- 3.2 Al doilea exercițiu
- 4 Referințe
Cum se măsoară?
Așa cum am menționat mai sus, în general, viteza unui val este determinată de lungimea de undă și de perioada sa.
De aceea, deoarece perioada și frecvența unei valuri sunt invers proporționale, se poate de asemenea spune că viteza depinde de frecvența undelor.
Aceste relații pot fi exprimate matematic astfel:
v = λ / T = λ ∙ f
În această expresie, f este frecvența undei măsurată în Hz.
O astfel de relație este doar o altă modalitate de a exprima relația dintre viteză, spațiu și timp: v = s / t, unde s reprezintă spațiul parcurs de un corp în mișcare.
Prin urmare, pentru a cunoaște viteza la care se propagă o undă, este necesar să se cunoască lungimea de undă și fie perioada, fie frecvența acesteia. Din cele de mai sus, este clar că viteza nu depinde nici de energia undelor, nici de amplitudinea lor.
De exemplu, dacă doriți să măsurați viteza de propagare a unei valuri de-a lungul unei coarde, se poate face determinând timpul necesar pentru ca o perturbare să treacă de la un punct al coardei la altul.
Factorii de care depinde
În cele din urmă, viteza propagării unui val va depinde atât de tipul undei, cât și de caracteristicile mediei prin care se mișcă. Mai jos sunt câteva cazuri specifice.
Viteza de propagare a undelor transversale pe un șir
Un exemplu foarte simplu și foarte grafic pentru a înțelege care sunt factorii pe care depinde în mod normal viteza unei valuri este aceea a undelor transversale care avansează de-a lungul unui șir.
Următoarea expresie permite determinarea vitezei de propagare pentru aceste valuri:
v = √ (T / μ)
În această expresie μ este densitatea liniară în kilograme pe metru și T este tensiunea șirului.
Viteza propagării sunetului
Sunetul este un caz particular de undă mecanică; prin urmare, aceasta necesită un mijloc de mișcare, nefiind capabil să facă acest lucru într-un vid.
Viteza la care sunetul călătorește printr-un mediu material va fi o funcție a caracteristicilor mediei prin care se transmite: temperatură, densitate, presiune, umiditate etc.
Sunetul călătorește mai repede în corpuri în stare solidă decât în lichide. În același mod, el avansează mai rapid în lichide decât în gaze, deci călătorește mai repede în apă decât în aer
În special, viteza sa de propagare în aer este de 343 m / s când este la o temperatură de 20 ° C.
Viteza de propagare a undelor electromagnetice
Undele electromagnetice, care sunt un tip de valuri transversale, se propagă prin spațiu. Prin urmare, ele nu necesită mijloace de mișcare: pot călători printr-un vid.
Undele electromagnetice se deplasează la aproximativ 300.000 km / s (viteza luminii), deși, în funcție de viteză, sunt grupate în intervale de frecvență care compun ceea ce se numește spectru electromagnetic.
Exerciții rezolvate
Primul exercițiu
Calculați viteza la care se propagă o undă transversală printr-o frânghie lungă de 6 m, dacă tensiunea cablului este de 8 N și masa totală este de 12 kg.
soluție
Primul lucru care trebuie calculat este densitatea liniară a șirului:
μ = 12/6 = 2 kg / m
Odată ce se face acest lucru, este deja posibil să se determine viteza propagării, pentru care este înlocuită în expresie:
v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s
Al doilea exercițiu
Se știe că frecvența notei muzicale este de 440 Hz.Determinați lungimea de undă atât în aer, cât și în apă, știind că în aer viteza de propagare este de 340 m / s, în timp ce în apă ajunge la 1400 m / s.
soluție
Pentru a calcula lungimea de undă, ștergem λ din expresia următoare:
v = λ ∙ f
Obțineți:λ = v / f
Înlocuind datele din declarație, ajungem la următoarele rezultate:
λ aer = 340/440 = 0,773 m
λ apă = 1400/440 = 3,27 m
referințe
- Wave (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 19 mai 2018 de la es.wikipedia.org.
- Viteza de fază (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 19 mai 2018, de la en.wikipedia.org.
- Viteza sunetului (n.d.). În Wikipedia. Adus pe 19 mai 2018, de la en.wikipedia.org.
- Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005).Fizică și chimie. Everest
- David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002).Înțelegerea fizicii. Birkhăuser.
- Franceză, A.P. (1971).Vibrații și valuri (seriile de fizică introductivă M.I.T.). Nelson Thornes.
- Crawford jr., Frank S. (1968). Valuri (Curs de Fizică Berkeley, Vol. 3), McGraw-Hill.