Factorii și măsurarea vitezei de propagare a undelor

viteza de propagare a unei unde este magnitudinea care măsoară viteza cu care perturbarea undei se propagă de-a lungul deplasării sale. Viteza cu care se propagă unda depinde atât de tipul de undă, cât și de mediul prin care se propagă..

În mod logic, o undă care se mișcă prin aer nu va călători cu aceeași viteză ca una care se deplasează prin uscat sau mare. În mod similar, o undă seismică, sunetul sau lumina nu avansează cu aceeași viteză. De exemplu, într-un vid undele electromagnetice se propagă cu viteza luminii; adică la 300.000 km / s.

În cazul sunetului în aer, viteza sa de propagare este de 343 m / s. În general, pentru undele mecanice, viteza printr-un material depinde în principal de două dintre caracteristicile mediului: densitatea și rigiditatea acestuia. În orice caz, în general, viteza este legată de valoarea lungimii de undă și de perioada.

Relația poate fi exprimată matematic prin intermediul coeficientului: v = λ / T, unde v este viteza undei măsurată în metri pe secundă, λ este lungimea de undă măsurată în metri și T este perioada măsurată în secundă.

Indice articol

• 1 Cum se măsoară?
• 2 Factori de care depinde
  • 2.1 Viteza de propagare a undelor transversale într-un șir
  • 2.2 Viteza de propagare a sunetului
  • 2.3 Viteza de propagare a undelor electromagnetice
• 3 exerciții rezolvate
  • 3.1 Primul exercițiu
  • 3.2 Al doilea exercițiu
• 4 Referințe

După măsurare?

După cum sa menționat mai sus, în general viteza unei unde este determinată de lungimea ei de undă și de perioada sa..

Prin urmare, întrucât perioada și frecvența unei unde sunt invers proporționale, se poate afirma, de asemenea, că viteza depinde de frecvența undei..

Aceste relații pot fi exprimate matematic astfel:

v = λ / T = λ ∙ f

În această expresie f este frecvența undei măsurată în Hz.

Această relație este doar un alt mod de a exprima relația dintre viteză, spațiu și timp: v = s / t, unde s reprezintă spațiul traversat de un corp în mișcare.

Prin urmare, pentru a cunoaște viteza cu care se propagă o undă, este necesar să îi cunoaștem lungimea de undă și perioada sau frecvența. Din cele de mai sus, se deduce clar că viteza nu depinde de energia undei sau de amplitudinea acesteia..

De exemplu, dacă doriți să măsurați viteza de propagare a unei unde de-a lungul unei frânghii, o puteți face determinând timpul necesar pentru ca o perturbare să treacă de la un punct al frânghiei la altul..

Factorii de care depinde

În cele din urmă, viteza de propagare a unei unde va depinde atât de tipul de undă, cât și de caracteristicile mediului prin care se deplasează. Iată câteva cazuri specifice.

Viteza de propagare a undelor transversale într-un șir

Un exemplu foarte simplu și foarte grafic pentru a înțelege care sunt factorii de care depinde în mod normal viteza unei unde este cel al undelor transversale care avansează de-a lungul unui șir.

Următoarea expresie ne permite să determinăm viteza de propagare pentru aceste unde:

v = √ (T / μ)

În această expresie μ este densitatea liniară în kilograme pe metru și T este tensiunea șirului.

Viteza de propagare a sunetului

Sunetul este un caz particular al unei unde mecanice; Prin urmare, necesită un mijloc de a te putea mișca, neputând să o faci în vid.

Viteza cu care sunetul se deplasează printr-un mediu material va fi o funcție a caracteristicilor mediului prin care este transmis: temperatura, densitatea, presiunea, umiditatea etc..

Sunetul se deplasează mai repede în corpurile în stare solidă decât în ​​lichide. În același mod, se mișcă mai repede în lichide decât în ​​gaze, deci se mișcă mai repede în apă decât în ​​aer.

Mai exact, 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 unde transversale, se propagă prin spațiu. Prin urmare, nu necesită un mijloc de mișcare: pot călători printr-un gol..

Undele electromagnetice se deplasează cu aproximativ 300.000 km / s (viteza luminii), deși, în funcție de viteza lor, acestea sunt grupate în domenii de frecvență compunând ceea ce se numește spectrul electromagnetic..

Exerciții rezolvate

Primul exercițiu

Calculați viteza cu care o undă transversală se deplasează printr-o frânghie lungă de 6 m, dacă tensiunea în frânghie este de 8 N și masa sa totală este de 12 kg.

Soluţie

Primul lucru care trebuie calculat este densitatea liniară a șirului:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Odată ce acest lucru este făcut, este posibil să se determine viteza de propagare, pentru care este substituită în expresia:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Al doilea exercițiu

Se știe că frecvența notei muzicale este de 440 Hz. Determinați care este lungimea ei 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 atinge 1400 m / s.

Soluţie

Pentru a calcula lungimea de undă pentru care rezolvăm λ din următoarea expresie:

v = λ ∙ f

Este obținut: λ = v / f

Înlocuind datele declarației, se obțin următoarele rezultate:

λ _aer = 340/440 = 0,773 m

λ _Apă = 1400/440 = 3,27 m

Referințe

1. Val (n.d.). Pe Wikipedia. Adus pe 19 mai 2018, de pe es.wikipedia.org.
2. Viteza de fază (n.d.). Pe Wikipedia. Adus pe 19 mai 2018, de pe en.wikipedia.org.
3. Viteza sunetului (n.d.). Pe Wikipedia. Adus pe 19 mai 2018, de pe en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizică și chimie. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Înțelegerea fizicii. Birkhäuser.
6. Franceză, A.P. (1971). Vibrații și valuri (seria de fizică introductivă M.I.T.). Nelson spini.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Valuri (Curs de fizică Berkeley, vol. 3), McGraw-Hill.