AALLON ETENEMISNOPEUS: TEKIJÄT JA MITTAUS - FYYSINEN - 2026

Etenemisnopeus aalto on suuruus, joka mittaa nopeuden, jolla häiriö aalto etenee pitkin sen siirtymisen. Aallon etenemisnopeus riippuu sekä aallon tyypistä että väliaineesta, jonka läpi se leviää.

Loogisesti, ilman läpi kulkeva aalto ei aio liikkua samalla nopeudella kuin maa tai meri. Samoin seisminen aalto, ääni tai valo eivät etene samalla nopeudella. Esimerkiksi tyhjiössä sähkömagneettiset aallot leviävät valon nopeudella; toisin sanoen 300 000 km / s.

Ilmassa olevan äänen tapauksessa sen etenemisnopeus on 343 m / s. Yleensä mekaanisten aaltojen nopeus materiaalin läpi riippuu pääasiassa väliaineen kahdesta ominaisuudesta: sen tiheydestä ja jäykkyydestä. Joka tapauksessa nopeus on yleensä suhteessa aallonpituuden ja ajan arvoon.

Suhde voidaan ilmaista matemaattisesti osamäärän kautta: v = λ / T, missä v on aallon nopeus metreinä sekunnissa, λ on metreinä mitattu aallonpituus ja T on sekunteina mitattu ajanjakso.

Mitattuina?

Kuten aiemmin mainittiin, yleensä aallon nopeus määräytyy sen aallonpituuden ja ajanjakson mukaan.

Siksi, koska ajanjakso ja aallon taajuus ovat kääntäen verrannollisia, voidaan myös todeta, että nopeus riippuu aallon taajuudesta.

Nämä suhteet voidaan ilmaista matemaattisesti seuraavasti:

v = λ / T = λ ∙ f

Tässä lausekkeessa f on aallon taajuus mitattuna hertseinä.

Tällainen suhde on vain yksi tapa ilmaista nopeuden, tilan ja ajan välinen suhde: v = s / t, missä s edustaa liikkuvan ruumiin kuljettamaa tilaa.

Tästä syystä aallon etenemisnopeuden tuntemiseksi on tiedettävä sen aallonpituus ja joko jakso tai taajuus. Edellä esitetystä seuraa selvästi, että nopeus ei riipu aallon energiasta tai sen amplitudista.

Esimerkiksi, jos haluat mitata aallon etenemisnopeutta köyttä pitkin, voit tehdä sen määrittämällä aika, joka häiriön kuljettamiseen köyden yhdestä pisteestä toiseen.

Tekijät, joista se riippuu

Viime kädessä aallon etenemisnopeus riippuu sekä aallon tyypistä että sen kulkevan väliaineen ominaisuuksista. Alla on joitain erityistapauksia.

Poikittaisten aaltojen etenemisnopeus merkkijonossa

Hyvin yksinkertainen ja erittäin graafinen esimerkki ymmärtääksesi mitkä tekijät, joista aallon nopeus normaalisti riippuu, on poikittaisiaallot, jotka etenevät merkkijonoa pitkin.

Seuraava lauseke mahdollistaa näiden aaltojen etenemisnopeuden määrittämisen:

v = √ (T / μ)

Tässä lausekkeessa μ on lineaarinen tiheys kilogrammoina metriä kohti ja T on nauhan kireys.

Äänen etenemisnopeus

Ääni on mekaanisen aallon erityistapaus; Siksi se vaatii keinon liikkuakseen, etkä voi tehdä niin tyhjiössä.

Nopeus, jolla ääni kulkee materiaaliväliaineen läpi, on riippuvainen median ominaisuuksista, jonka läpi se kulkee: lämpötila, tiheys, paine, kosteus jne.

Ääni kulkee nopeammin kiinteissä olosuhteissa kuin nesteissä. Samalla tavalla se liikkuu nopeammin nesteissä kuin kaasuissa, joten se liikkuu nopeammin vedessä kuin ilmassa.

Erityisesti sen etenemisnopeus ilmassa on 343 m / s, kun lämpötila on 20 ºC.

Sähkömagneettisten aaltojen etenemisnopeus

Sähkömagneettiset aallot, jotka ovat eräänlaisia ​​poikittaisiaaltoja, leviävät avaruudessa. Siksi he eivät vaadi liikkumiskeinoa: he voivat matkustaa onkalon läpi.

Sähkömagneettiset aallot liikkuvat nopeudella 300 000 km / s (valon nopeus), vaikka nopeudesta riippuen ne on ryhmitelty taajuusalueisiin, jotka muodostavat nk. Sähkömagneettisen spektrin.

Ratkaistuja harjoituksia

Ensimmäinen harjoitus

Selvitä nopeus, jolla poikittainen aalto kulkee 6 metrin pituisen köyden läpi, jos köyden jännitys on 8 N ja sen kokonaismassa on 12 kg.

Ratkaisu

Ensimmäinen asia, joka on tarpeen laskea, on merkkijonon lineaarinen tiheys:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Kun tämä on tehty, on mahdollista määrittää etenemisnopeus, jolle se korvataan lausekkeessa:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Toinen harjoitus

Nuotin taajuuden tiedetään olevan 440 Hz. Määritä, mikä sen aallonpituus on sekä ilmassa että vedessä, tietäen, että sen leviämisnopeus ilmassa on 340 m / s, kun taas ilmassa vesi nousee 1400 m / s.

Ratkaisu

Aallonpituuden laskemiseksi ratkaistaan ​​λ seuraavasta lausekkeesta:

v = λ ∙ f

Se saadaan: λ = v / f

Korvaten tiedot lausunnosta saavutetaan seuraavat tulokset:

λ _ilma = 340/440 = 0,773 m

X _vesi = 1400/440 = 3,27 m

Viitteet

1. Aalto (toinen). Wikipediassa. Haettu 19. toukokuuta 2018, es.wikipedia.org.
2. Vaiheen nopeus (nd). Wikipediassa. Haettu 19. toukokuuta 2018, en.wikipedia.org.
3. Äänen nopeus (nd). Wikipediassa. Haettu 19. toukokuuta 2018, en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fysiikka ja kemia. everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Fysiikan ymmärtäminen. Birkhäuser.
6. Ranska, AP (1971). Tärinä ja aallot (MIT Fysiikan johdanto-osa). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Aallot (Berkeley Physics Course, osa 3), McGraw-Hill.