UTBREDNINGSHASTIGHET AV EN VÅG: FAKTORER OCH MÄTNING - FYSISK - 2025

Den utbredningshastigheten för en våg är storleken som mäter den hastighet med vilken störningen av vågen utbreder längs dess förskjutning. Den hastighet med vilken vågen förökas beror på både vågtypen och mediet genom vilket den sprider sig.

Logiskt sett kommer en våg som rör sig genom luften inte att resa med samma hastighet som en som rör sig genom landet eller havet. På liknande sätt går en seismisk våg, ljud eller ljus inte framåt med samma hastighet. Till exempel sprider elektromagnetiska vågor i vakuum med ljusets hastighet; det vill säga 300 000 km / s.

När det gäller ljud i luften är dess utbredningshastighet 343 m / s. I allmänhet beror hastigheten genom ett material för mekaniska vågor huvudsakligen av två av mediets egenskaper: det är densitet och dess styvhet. I vilket fall som helst är hastigheten i allmänhet relaterad till värdet på våglängden och perioden.

Förhållandet kan uttryckas matematiskt genom kvoten: v = λ / T, där v är vågens hastighet uppmätt i meter per sekund, λ är våglängden uppmätt i meter och T är den period som mäts i sekund.

Som uppmätt?

Som tidigare nämnts bestäms generellt en vågs hastighet av dess våglängd och dess period.

Eftersom perioden och frekvensen för en våg är omvänt proportionell kan det också sägas att hastigheten beror på vågens frekvens.

Dessa förhållanden kan uttryckas matematiskt så här:

v = λ / T = λ ∙ f

I detta uttryck är f frekvensen för vågen uppmätt i Hz.

Detta förhållande är bara ett annat sätt att uttrycka förhållandet mellan hastighet, rymd och tid: v = s / t, där s representerar det rymd som rörs av en rörlig kropp.

Av detta skäl är det nödvändigt att känna till dess våglängd och antingen dess period eller dess frekvens för att känna till hastigheten med vilken en våg sprider sig. Av ovanstående följer det tydligt att hastigheten inte beror på vågens energi eller amplitud.

Om du till exempel vill mäta hastigheten på en vågs utbredning längs ett rep kan du göra det genom att bestämma tiden det tar för en störning att gå från en punkt på repet till en annan.

Faktorer som det beror på

I slutändan beror hastigheten på en vågs utbredning på både vågtypen och egenskaperna hos mediet genom vilket det rör sig. Nedan följer några specifika fall.

Utbredningshastighet av tvärgående vågor i en sträng

Ett mycket enkelt och mycket grafiskt exempel för att förstå vilka faktorer som en vågs hastighet normalt beror på är de tvärgående vågorna som går framåt längs en sträng.

Följande uttryck gör det möjligt att bestämma utbredningshastigheten för dessa vågor:

v = √ (T / μ)

I detta uttryck är μ den linjära densiteten i kilogram per meter och T är strängen för strängen.

Ljudutbredningshastighet

Ljud är ett speciellt fall av en mekanisk våg; därför kräver det ett sätt att kunna röra sig, inte kunna göra det i ett vakuum.

Den hastighet med vilken ljudet går genom ett materialmedium kommer att vara en funktion av egenskaperna hos mediet genom vilket det överförs: temperatur, densitet, tryck, fuktighet etc.

Ljudet går snabbare i kroppar i fast tillstånd än i vätskor. På samma sätt rör sig den snabbare i vätskor än i gaser, varför den rör sig snabbare i vatten än i luft.

Specifikt är dess utbredningshastighet i luften 343 m / s när den är vid en temperatur på 20 ºC.

Utbredningshastighet av elektromagnetiska vågor

Elektromagnetiska vågor, som är en typ av tvärgående vågor, sprider sig genom rymden. Därför behöver de inte ett rörelsemedel: de kan resa genom ett tomrum.

Elektromagnetiska vågor rör sig med cirka 300 000 km / s (ljusets hastighet) även om de, beroende på deras hastighet, grupperas i frekvensområden som utgör det som kallas det elektromagnetiska spektrumet.

Lösta övningar

Första övningen

Hitta hastigheten med vilken en tvärgående våg går genom ett 6 m långt rep, om spänningen i repet är 8 N och dess totala vikt är 12 kg.

Lösning

Det första som är nödvändigt att beräkna är strängens linjära täthet:

μ = 12/6 = 2 kg / m

När detta är gjort är det möjligt att bestämma utbredningshastigheten, för vilken den ersätts för uttrycket:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Andra övningen

Det är känt att frekvensen för musiknoten är 440 Hz. Bestäm vad som är dess våglängd både i luft och i vatten, medvetet om att i luften är dess utbredningshastighet 340 m / s medan den är i vatten når 1400 m / s.

Lösning

För att beräkna våglängden löser vi λ från följande uttryck:

v = λ ∙ f

Det erhålles: λ = v / f

Följande resultat erhålls genom att ersätta uppgifterna från uttalandet:

λ _luft = 340/440 = 0,773 m

λ _vatten = 1400/440 = 3,27 m

referenser

1. Wave (nd). På Wikipedia. Hämtad 19 maj 2018 från es.wikipedia.org.
2. Fashastighet (nd). På Wikipedia. Hämtad den 19 maj 2018 från en.wikipedia.org.
3. Ljudets hastighet (nd). På Wikipedia. Hämtad den 19 maj 2018 från en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fysik och kemi. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Förstå fysik. Birkhäuser.
6. French, AP (1971). Vibrationer och vågor (MIT introduktionsfysikserie). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, vol. 3), McGraw-Hill.