Bangų sklidimo greitis: veiksniai ir kaip jis matuojamas

Bangos plitimo greitis yra toks, kuris matuoja greitį, kuriuo bangos skleidimas skleidžiasi per savo poslinkį. Greitis, kuriuo banga sklinda, priklauso nuo bangos rūšies ir nuo terpės, per kurią jis skleidžiamas.

Logiškai, tai nesiruošia judėti tuo pačiu greičiu banga, kuri juda per orą tą, kuris daro jį per žemę ar jūrą. Tuo pačiu būdu, seisminė banga, garsas ar šviesa neveikia tuo pačiu greičiu. Pavyzdžiui, vakuume elektromagnetinės bangos sklinda šviesos greičiu; ty 300 000 km / s.

Garso ore atveju jo sklidimo greitis yra 343 m / s. Apskritai, mechaninėms bangoms greitis per medžiagą daugiausia priklauso nuo dviejų terpės savybių: jos tankio ir standumo. Bet kuriuo atveju greitis paprastai yra susijęs su bangos ilgio ir laikotarpio verte.

Santykį galima išreikšti matematiškai per koeficientą: v = λ / T, kur v yra bangos greitis, išmatuotas metrais per sekundę, λ yra bangos ilgis, išmatuotas metrais, o T - laikotarpis, išmatuotas sekundėmis.

Kaip jis matuojamas?

Kaip jau minėta, dažniausiai bangos greitį lemia jo bangos ilgis ir laikotarpis.

Todėl, atsižvelgiant į tai, kad bangos laikotarpis ir dažnis yra atvirkščiai proporcingi, taip pat galima teigti, kad greitis priklauso nuo bangos dažnio.

Šie santykiai gali būti išreikšti matematiniu būdu:

v = λ / T = λ ∙ f

Šioje išraiška f yra bangos dažnis, išmatuotas Hz.

Toks santykis yra tik dar vienas būdas išreikšti santykį tarp greičio, erdvės ir laiko: v = s / t, kur s reiškia judančio kūno judamą erdvę.

Todėl, norint žinoti greitį, kuriuo banga skleidžia, būtina žinoti jo bangos ilgį ir jo periodą ar dažnį. Iš to, kas pasakyta, aišku, kad greitis nepriklauso ne nuo bangos energijos, nei nuo jo amplitudės.

Pvz., Jei norite matuoti bangos sklidimo greitį lynu, tai galima padaryti nustatant laiką, kurį trunka nuo vieno taško ant lyno.

Veiksniai, nuo kurių jis priklauso

Galiausiai bangos sklidimo greitis priklausys ir nuo bangos rūšies, ir nuo terpės, per kurią jis juda, savybių. Žemiau yra keletas konkrečių atvejų.

Skersinių bangų sklidimo greitis eilutėje

Labai paprastas ir labai grafiškas pavyzdys, kaip suprasti, kokie veiksniai priklauso nuo bangų dažnio, yra skersinių bangų, judančių eilutėje, greitis.

Ši išraiška leidžia nustatyti šių bangų sklidimo greitį:

v = √ (T / μ)

Šioje frazėje μ yra linijinis tankis kilogramais metre ir T yra eilutės įtempimas.

Garso sklidimo greitis

Garsas yra ypatingas mechaninės bangos atvejis; todėl tam reikia priemonių judėti, nesugebant to padaryti vakuume.

Greitis, kuriuo garsas važiuoja per medžiagos laikmeną, priklausys nuo terpės, per kurią jis perduodamas, charakteristikų: temperatūra, tankis, slėgis, drėgmė ir kt.

Garsas kinta greičiau nei kietuose kūnuose nei skysčiuose. Tuo pačiu būdu, jis skleidžia greitesnį skystį nei dujas, todėl jis greičiau kelia vandenį nei ore

Konkrečiai, jo sklidimo greitis ore yra 343 m / s, kai temperatūra yra 20 ° C.

Elektromagnetinių bangų sklidimo greitis

Elektromagnetinės bangos, kurios yra skersinės bangos, sklinda per erdvę. Todėl jiems nereikia judėjimo priemonių: jie gali važiuoti vakuume.

Elektromagnetinės bangos juda apie 300 000 km / s (šviesos greitis), nors, priklausomai nuo jų greičio, jos sugrupuotos į dažnių diapazonus, kurie sudaro elektromagnetinį spektrą.

Išspręstos pratybos

Pirmasis pratimas

Apskaičiuokite greitį, kuriuo skersinė banga plinta per 6 m ilgį lyną, jei virvės įtempis yra 8 N, o jo bendra masė yra 12 kg.

Sprendimas

Pirmas dalykas, kurį reikia apskaičiuoti, yra linijos tankis:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Kai tai bus padaryta, jau galima nustatyti dauginimo greitį, kuriam ji yra pakeista:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Antrasis pratimas

Yra žinoma, kad muzikinės natos dažnis yra 440 Hz. Nustatykite, koks yra jo bangos ilgis tiek ore, tiek vandenyje, žinant, kad ore sklidimo greitis yra 340 m / s, o tuo tarpu vanduo pasiekia 1400 m / s.