ความเร็วของการแพร่กระจายของปัจจัยคลื่นและวิธีการวัด

ความเร็วของการแพร่กระจายคลื่น คือขนาดที่วัดความเร็วที่การรบกวนของคลื่นแพร่กระจายไปตามการกระจัด ความเร็วที่คลื่นแพร่กระจายนั้นขึ้นอยู่กับชนิดของคลื่นและตัวกลางที่มีการแพร่กระจาย.

ตามหลักเหตุผลแล้วมันจะไม่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่าคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศที่ทำให้มันผ่านดินแดนหรือทะเล ในทำนองเดียวกันคลื่นไหวสะเทือนเสียงหรือแสงไม่สามารถเคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน ตัวอย่างเช่นในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสุญญากาศจะแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง นั่นคือที่ 300,000 km / s.

ในกรณีของเสียงในอากาศความเร็วในการแพร่กระจายของมันคือ 343 m / s โดยทั่วไปแล้วสำหรับคลื่นเชิงกลความเร็วผ่านวัสดุขึ้นอยู่กับสองลักษณะของสื่อ: ความหนาแน่นและความแข็งแกร่งของวัสดุ ไม่ว่าในกรณีใด ๆ โดยทั่วไปความเร็วนั้นสัมพันธ์กับค่าของความยาวคลื่นและช่วงเวลา.

ความสัมพันธ์สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ผ่านความฉลาดทาง: v = λ / T โดยที่ v คือความเร็วของคลื่นที่วัดเป็นเมตรต่อวินาทีλคือความยาวคลื่นที่วัดเป็นเมตรและ T คือระยะเวลาที่วัดเป็นวินาที.

ดัชนี

• 1 มันวัดได้อย่างไร?
• 2 ปัจจัยขึ้นอยู่กับ
  • 2.1 ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นตามขวางบนสายอักขระ
  • 2.2 ความเร็วในการถ่ายทอดเสียง
  • 2.3 ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า
• 3 แบบฝึกหัดได้รับการแก้ไข
  • 3.1 การออกกำลังกายครั้งแรก
  • 3.2 การออกกำลังกายที่สอง
• 4 อ้างอิง

มันเป็นวิธีการวัด?

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วโดยทั่วไปความเร็วของคลื่นถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นและระยะเวลาของมัน.

ดังนั้นเมื่อระยะเวลาและความถี่ของคลื่นเป็นสัดส่วนผกผันก็สามารถกล่าวได้ว่าความเร็วขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่น.

ความสัมพันธ์เหล่านี้สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์แบบนี้:

v = λ / T = λ∙ f

ในนิพจน์นี้ f คือความถี่ของคลื่นที่วัดได้ใน Hz.

ความสัมพันธ์ดังกล่าวเป็นเพียงอีกวิธีหนึ่งในการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วพื้นที่และเวลา: v = s / t โดยที่ s แทนพื้นที่ที่ร่างกายเคลื่อนที่.

ดังนั้นเพื่อทราบความเร็วของคลื่นที่แพร่กระจายนั้นจำเป็นต้องทราบความยาวคลื่นและช่วงเวลาหรือความถี่ จากด้านบนเป็นที่ชัดเจนว่าความเร็วไม่ได้ขึ้นอยู่กับพลังงานของคลื่นหรือในแอมพลิจูดของมัน.

ตัวอย่างเช่นหากคุณต้องการวัดความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นไปตามเชือกก็สามารถทำได้โดยการกำหนดเวลาที่การรบกวนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง.

ปัจจัยที่ขึ้นอยู่กับ

ในที่สุดความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นจะขึ้นอยู่กับชนิดของคลื่นและลักษณะของตัวกลางที่เคลื่อนที่ ด้านล่างมีบางกรณีที่เฉพาะเจาะจง.

ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นตามขวางบนสาย

ตัวอย่างที่ง่ายและชัดเจนมากที่จะเข้าใจว่าอะไรคือปัจจัยที่ความเร็วของคลื่นตามปกติขึ้นอยู่กับคลื่นตามขวางที่เคลื่อนที่ตามสตริง.

นิพจน์ต่อไปนี้อนุญาตให้กำหนดความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเหล่านี้:

v = √ (T / μ)

ในนิพจน์นี้μคือความหนาแน่นเชิงเส้นเป็นกิโลกรัมต่อเมตรและ T คือความตึงของสตริง.

ความเร็วในการถ่ายทอดเสียง

เสียงเป็นกรณีเฉพาะของคลื่นกล ดังนั้นจึงต้องมีวิธีการเคลื่อนย้ายไม่สามารถทำได้ในสุญญากาศ.

ความเร็วที่เสียงเดินทางผ่านตัวกลางวัสดุจะเป็นฟังก์ชั่นของคุณสมบัติของตัวกลางที่ส่งผ่าน: อุณหภูมิความหนาแน่นความดันความชื้น ฯลฯ.

เสียงเคลื่อนที่เร็วขึ้นในร่างกายในสถานะของแข็งมากกว่าของเหลว ในทำนองเดียวกันมันจะเคลื่อนที่เร็วกว่าของเหลวมากกว่าในก๊าซดังนั้นจึงเคลื่อนที่ในน้ำได้เร็วกว่าในอากาศ

โดยเฉพาะอย่างยิ่งความเร็วของการแพร่กระจายในอากาศคือ 343 m / s เมื่ออยู่ที่อุณหภูมิ 20 ºC.

ความเร็วการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นคลื่นตามขวางชนิดหนึ่งแพร่กระจายผ่านอวกาศ ดังนั้นพวกเขาไม่ต้องการเครื่องมือในการเคลื่อนย้าย: พวกเขาสามารถเดินทางผ่านช่องว่างได้.

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเคลื่อนที่ที่ประมาณ 300,000 km / s (ความเร็วแสง) แม้ว่าจะมีการจัดกลุ่มเป็นช่วงความถี่ซึ่งประกอบด้วยสิ่งที่เรียกว่าสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้า.

การออกกำลังกายที่มีมติ

การออกกำลังกายครั้งแรก

คำนวณความเร็วที่คลื่นตามขวางแพร่กระจายผ่านเชือกยาว 6 ม. หากความตึงของเชือกเท่ากับ 8 นิวตันและมวลรวมอยู่ที่ 12 กก..

ทางออก

สิ่งแรกที่ต้องคำนวณคือความหนาแน่นเชิงเส้นของสตริง:

 μ = 12/6 = 2 กิโลกรัม / เมตร

เมื่อทำสิ่งนี้เสร็จแล้วก็เป็นไปได้ที่จะกำหนดความเร็วของการแพร่กระจายซึ่งมันจะถูกแทนที่ในนิพจน์:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

การออกกำลังกายครั้งที่สอง

เป็นที่ทราบกันว่าความถี่ของโน้ตดนตรีคือ 440 เฮิร์ตซ์พิจารณาความยาวคลื่นของมันทั้งในอากาศและในน้ำโดยรู้ว่าในอากาศความเร็วของการแพร่กระจายคือ 340 m / s ในขณะที่อยู่ใน น้ำถึง 1,400 เมตร / วินาที.

ทางออก

ในการคำนวณความยาวคลื่นที่เราเคลียร์ λ ของนิพจน์ต่อไปนี้:

v = λ∙ f

คุณจะได้รับ: λ = v / f

การแทนที่ข้อมูลของคำสั่งนั้นเรามาถึงผลลัพธ์ต่อไปนี้:

λ _{อากาศ} = 340/440 = 0.773 m

λ _น้ำ = 1400/440 = 3.27 ม

การอ้างอิง

1. Wave (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
2. ความเร็วเฟส (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
3. ความเร็วของเสียง (n.d. ) ในวิกิพีเดีย สืบค้นเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). ฟิสิกส์และเคมี. เอเวอร์เรส
5. เดวิดซีแคสสิดี้, เจอราลด์เจมส์โฮลตัน, ฟลอยด์เจมส์รัทเธอร์ฟอร์ด (2545). เข้าใจฟิสิกส์. Birkhäuser.
6. ฝรั่งเศส, A.P. (1971). การสั่นสะเทือนและคลื่น (M.I.T. ชุดฟิสิกส์เบื้องต้น). เนลสัน ธ อร์น.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3)), McGraw-Hill.