Chia sẻ:
Tốc độ lan truyền của các yếu tố sóng và cách đo
các vận tốc truyền sóng là độ lớn đo tốc độ nhiễu của sóng truyền dọc theo sự dịch chuyển của nó. Tốc độ truyền sóng phụ thuộc vào cả loại sóng và môi trường mà nó truyền qua.
Theo logic, nó sẽ không di chuyển với cùng tốc độ một sóng di chuyển trong không khí mà sóng truyền qua đất liền hoặc biển. Theo cùng một cách, một sóng địa chấn, âm thanh hoặc ánh sáng không phát triển ở cùng một tốc độ. Chẳng hạn, trong một sóng điện từ chân không lan truyền với tốc độ ánh sáng; đó là, ở tốc độ 300.000 km / giây.
Trong trường hợp âm thanh trong không khí, tốc độ lan truyền của nó là 343 m / s. Nói chung, đối với sóng cơ học, vận tốc xuyên qua vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào hai trong số các đặc tính của môi trường: mật độ và độ cứng của nó. Trong mọi trường hợp, nói chung tốc độ có liên quan đến giá trị của bước sóng và chu kỳ.
Mối quan hệ có thể được biểu thị bằng toán học thông qua thương số: v = / T, trong đó v là tốc độ của sóng đo bằng mét trên giây, là bước sóng đo bằng mét và T là khoảng thời gian tính bằng giây.
Chỉ số
- 1 Nó được đo như thế nào?
- 2 yếu tố phụ thuộc vào nó
- 2.1 Tốc độ lan truyền của sóng ngang trên một chuỗi
- 2.2 Tốc độ lan truyền âm thanh
- 2.3 Tốc độ lan truyền của sóng điện từ
- 3 bài tập đã giải
- 3.1 Bài tập đầu tiên
- 3.2 Bài tập thứ hai
- 4 tài liệu tham khảo
Nó được đo như thế nào?
Như đã đề cập ở trên, nói chung tốc độ của sóng được xác định bởi bước sóng và chu kỳ của nó.
Do đó, do chu kỳ và tần số của sóng tỷ lệ nghịch với nhau, cũng có thể nói rằng tốc độ phụ thuộc vào tần số của sóng.
Những mối quan hệ này có thể được thể hiện bằng toán học như thế này:
v = λ / T = λ f
Trong biểu thức này f là tần số của sóng đo bằng Hz.
Mối quan hệ như vậy chỉ là một cách khác để thể hiện mối quan hệ giữa tốc độ, không gian và thời gian: v = s / t, trong đó s đại diện cho không gian di chuyển của một cơ thể trong chuyển động.
Do đó, để biết tốc độ truyền sóng, cần phải biết bước sóng của nó và chu kỳ hoặc tần số của nó. Từ những điều trên, rõ ràng tốc độ không phụ thuộc vào năng lượng của sóng cũng như biên độ của nó.
Ví dụ: nếu bạn muốn đo tốc độ lan truyền của sóng dọc theo một sợi dây, có thể thực hiện bằng cách xác định thời gian cần thiết để xáo trộn từ điểm này sang điểm khác.
Các yếu tố phụ thuộc vào nó
Cuối cùng, tốc độ lan truyền của sóng sẽ phụ thuộc vào cả loại sóng và đặc tính của môi trường mà nó truyền qua. Dưới đây là một số trường hợp cụ thể.
Tốc độ lan truyền của sóng ngang trên một chuỗi
Một ví dụ rất đơn giản và rất đồ họa để hiểu các yếu tố mà tốc độ của sóng thường phụ thuộc là các sóng ngang di chuyển dọc theo một chuỗi.
Biểu thức sau đây cho phép xác định tốc độ lan truyền cho các sóng này:
v = √ (T /)
Trong biểu thức này là mật độ tuyến tính tính bằng kilogam trên mét và T là lực căng của chuỗi.
Tốc độ lan truyền âm thanh
Âm thanh là một trường hợp đặc biệt của sóng cơ học; do đó, nó đòi hỏi một phương tiện để di chuyển, không thể làm như vậy trong chân không.
Tốc độ mà âm thanh truyền qua một môi trường vật chất sẽ là một hàm của các đặc tính của môi trường mà nó truyền qua: nhiệt độ, mật độ, áp suất, độ ẩm, v.v..
Âm thanh di chuyển nhanh hơn trong cơ thể ở trạng thái rắn hơn trong chất lỏng. Theo cùng một cách, nó tiến bộ nhanh hơn trong chất lỏng so với trong khí, vì vậy nó di chuyển nhanh hơn trong nước so với trong không khí
Cụ thể, tốc độ lan truyền của nó trong không khí là 343 m / s khi nó ở nhiệt độ 20 ºC.
Tốc độ lan truyền của sóng điện từ
Sóng điện từ, là một loại sóng ngang, lan truyền trong không gian. Do đó, họ không yêu cầu một phương tiện để di chuyển: họ có thể đi qua khoảng trống.
Sóng điện từ di chuyển với tốc độ khoảng 300.000 km / giây (tốc độ ánh sáng) mặc dù, tùy thuộc vào tốc độ của chúng, chúng được nhóm thành các dải tần tạo thành cái gọi là phổ điện từ.
Bài tập đã giải quyết
Bài tập đầu tiên
Tính tốc độ mà sóng ngang truyền qua một sợi dây dài 6 m, nếu lực căng của dây là 8 N và tổng khối lượng của nó là 12 kg.
Giải pháp
Điều đầu tiên cần tính toán là mật độ tuyến tính của chuỗi:
= 12/6 = 2 kg / m
Một khi điều này được thực hiện, có thể xác định tốc độ lan truyền mà nó được thay thế trong biểu thức:
v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s
Bài tập thứ hai
Được biết, tần số của nốt nhạc là 440 Hz. Xác định bước sóng của nó cả trong không khí và trong nước, biết rằng trong không khí, tốc độ lan truyền của nó là 340 m / s, trong khi ở nước đạt 1400 m / s.
Giải pháp
Để tính bước sóng ta xóa λ của biểu thức sau:
v = λ ∙ f
Bạn nhận được: λ = v / f
Thay thế dữ liệu của tuyên bố, chúng tôi đi đến các kết quả sau:
λ không khí = 340/440 = 0,773 m
λ nước = 1400/440 = 3,27 m
Tài liệu tham khảo
- Sóng (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 19 tháng 5 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
- Vận tốc pha (n.d.). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 19 tháng 5 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
- Tốc độ của âm thanh (ví dụ). Trong Wikipedia. Truy cập ngày 19 tháng 5 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
- Fidalgo Sánchez, Jose Antonio (2005). Vật lý và Hóa học. Everest
- David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Hiểu vật lý. Birkhäuser.
- Tiếng Pháp, A.P. (1971). Rung và Sóng (sê-ri vật lý giới thiệu của M.I.T). Mùi gai.
- Crawford tháng sáu, Frank S. (1968). Sóng (Khóa học Vật lý Berkeley, Tập 3), McGraw-Hill.