RÝCHLOSŤ ŠÍRENIA VLNY: FAKTORY A MERANIE - FYZICKÝ - 2026

Rýchlosť šírenia vlny je veľkosť, ktorý meria rýchlosť, ktorú vyrušovanie vlna šíri pozdĺž jeho posunutiu. Rýchlosť, pri ktorej sa vlna šíri, závisí od typu vlny aj od média, cez ktoré sa šíri.

Logicky sa vlna, ktorá sa pohybuje vzduchom, nebude pohybovať rovnakou rýchlosťou ako vlna, ktorá sa pohybuje po zemi alebo po mori. Podobne seizmická vlna, zvuk alebo svetlo nepostupujú rovnakou rýchlosťou. Napríklad vo vákuu sa elektromagnetické vlny šíria rýchlosťou svetla; to znamená, 300 000 km / s.

V prípade zvuku vo vzduchu je jeho rýchlosť šírenia 343 m / s. Všeobecne platí, že v prípade mechanických vĺn rýchlosť materiálu závisí hlavne od dvoch charakteristík média: jeho hustoty a tuhosti. V každom prípade sa rýchlosť zvyčajne vzťahuje na hodnotu vlnovej dĺžky a periódy.

Vzťah môže byť vyjadrený matematicky prostredníctvom kvocientu: v = λ / T, kde v je rýchlosť vlny nameraná v metroch za sekundu, λ je vlnová dĺžka meraná v metroch a T je perióda meraná v sekundách.

Podľa merania?

Ako už bolo uvedené, rýchlosť vlny je vo všeobecnosti určená jej vlnovou dĺžkou a periódou.

Preto, pretože perióda a frekvencia vlny sú nepriamo úmerné, je možné tiež konštatovať, že rýchlosť závisí od frekvencie vlny.

Tieto vzťahy možno vyjadriť matematicky takto:

v = λ / T = λ ∙ f

V tomto vyjadrení je f frekvencia vlny nameraná v Hz.

Tento vzťah je len ďalším spôsobom vyjadrenia vzťahu medzi rýchlosťou, priestorom a časom: v = s / t, kde s predstavuje priestor, ktorý prechádza pohybujúce sa telo.

Z tohto dôvodu je potrebné poznať rýchlosť šírenia vlny, jej vlnovú dĺžku a jej periódu alebo frekvenciu. Z vyššie uvedeného jasne vyplýva, že rýchlosť nezávisí od energie vlny alebo od jej amplitúdy.

Napríklad, ak chcete zmerať rýchlosť šírenia vlny pozdĺž lana, môžete to urobiť tak, že určíte čas potrebný na to, aby porucha prešla z jedného bodu na lano do druhého.

Faktory, od ktorých závisí

Konečne bude rýchlosť šírenia vlny závisieť od typu vlny, ako aj od charakteristík média, cez ktoré prechádza. Ďalej uvádzame niektoré konkrétne prípady.

Rýchlosť šírenia priečnych vĺn v reťazci

Veľmi jednoduchým a veľmi grafickým príkladom na pochopenie, ktoré faktory, od ktorých normálne závisí rýchlosť vlny, je rýchlosť priečnych vĺn postupujúcich pozdĺž reťazca.

Nasledujúci výraz umožňuje určiť rýchlosť šírenia týchto vĺn:

v = √ (T / μ)

V tomto vyjadrení μ je lineárna hustota v kilogramoch na meter a T je napätie reťazca.

Rýchlosť šírenia zvuku

Zvuk je špecifickým prípadom mechanickej vlny; preto si vyžaduje prostriedky, ktoré im umožnia pohybovať sa a nie byť schopné to robiť vo vákuu.

Rýchlosť, ktorou zvuk prechádza materiálnym médiom, bude závisieť od charakteristík média, cez ktoré sa prenáša: teplota, hustota, tlak, vlhkosť atď.

Zvuk sa pohybuje v telách v tuhom skupenstve rýchlejšie ako v tekutinách. Rovnakým spôsobom sa pohybuje rýchlejšie v tekutinách ako v plynoch, takže sa pohybuje vo vode rýchlejšie ako vo vzduchu.

Konkrétne, jeho rýchlosť šírenia vo vzduchu je 343 m / s, keď je pri teplote 20 ° C.

Rýchlosť šírenia elektromagnetických vĺn

Elektromagnetické vlny, ktoré sú typom priečnych vĺn, sa šíria vesmírom. Preto nevyžadujú pohybové prostriedky: môžu cestovať prázdnotou.

Elektromagnetické vlny sa pohybujú rýchlosťou približne 300 000 km / s (rýchlosť svetla), aj keď v závislosti od ich rýchlosti sú zoskupené do frekvenčných rozsahov, ktoré tvoria tzv. Elektromagnetické spektrum.

Riešené cvičenia

Prvé cvičenie

Nájdite rýchlosť, ktorou priečna vlna prechádza cez 6 m dlhé lano, ak je napätie v lane 8 N a jeho celková hmotnosť je 12 kg.

Riešenie

Prvá vec, ktorú je potrebné vypočítať, je lineárna hustota reťazca:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Akonáhle sa tak stane, je možné určiť rýchlosť šírenia, za ktorú je nahradená vo výraze:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Druhé cvičenie

Je známe, že frekvencia hudobnej noty je 440 Hz. Určte, aká je jej vlnová dĺžka vo vzduchu aj vo vode, s vedomím, že vo vzduchu je jej rýchlosť šírenia 340 m / s, zatiaľ čo v voda dosahuje 1400 m / s.

Riešenie

Pre výpočet vlnovej dĺžky riešime λ z nasledujúceho výrazu:

v = λ ∙ f

Získa sa: A = v / f

Nahradením údajov z výkazu sa dosiahnu tieto výsledky:

A _vzduch = 340/440 = 0,773 m

A _voda = 1400/440 = 3,27 m

Referencie

1. Vlna (nd). Na Wikipédii. Získané 19. mája 2018, zo stránky es.wikipedia.org.
2. Fázová rýchlosť (nd). Na Wikipédii. Našiel sa 19. mája 2018, z en.wikipedia.org.
3. Rýchlosť zvuku (nd). Na Wikipédii. Našiel sa 19. mája 2018, z en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fyzika a chémia. everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Pochopenie fyziky. Birkhäuser.
6. French, AP (1971). Vibrácie a vlny (úvodná séria fyziky MIT). Nelson Thornes.
7. Crawford ml., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, roč. 3), McGraw-Hill.