BRZINA ŠIRENJA VALA: FAKTORI I MJERENJE - FIZIČKA - 2024

Brzina širenja vala je veličina koja mjeri brzinu kojom do poremećaja na val širi duž pomaka. Brzina kojom se val širi ovisi i o vrsti vala i mediju kroz koji se širi.

Logično, val koji se kreće zrakom neće ići istom brzinom kao onaj koji se kreće kopnom ili morem. Slično tome, seizmički val, zvuk ili svjetlost ne napreduju istom brzinom. Na primjer, u vakuumu se elektromagnetski valovi šire na brzinu svjetlosti; odnosno 300.000 km / s.

U slučaju zvuka u zraku, njegova brzina širenja iznosi 343 m / s. Općenito, za mehaničke valove brzina kroz materijal ovisi uglavnom o dvije karakteristike medija: njegovoj gustoći i krutosti. U svakom slučaju, općenito se brzina odnosi na vrijednost valne duljine i razdoblja.

Odnos se matematički može izraziti kvocijentom: v = λ / T, gdje je v brzina vala izmjerena u metrima u sekundi, λ je valna dužina mjerena u metrima, a T je period izmjeren u sekundama.

Po mjeri?

Kao što je ranije spomenuto, općenito brzina vala određuje se njegovom valnom duljinom i vremenskim periodom.

Iz tog razloga, budući da su razdoblje i frekvencija vala obrnuto proporcionalni, također se može ustvrditi da brzina ovisi o frekvenciji vala.

Ti se odnosi mogu matematički izraziti ovako:

v = λ / T = λ ∙ f

U ovom izrazu f je frekvencija vala izmjerena u Hz.

Takav odnos je samo još jedan način izražavanja odnosa brzine, prostora i vremena: v = s / t, gdje s predstavlja prostor koji putuje tijelo koje se kreće.

Stoga, da bismo znali brzinu kojom se neki val širi, potrebno je znati njegovu valnu duljinu i ili njegovo razdoblje ili njegovu frekvenciju. Iz navedenog jasno proizlazi da brzina ne ovisi o energiji vala ili njegovoj amplitudi.

Na primjer, ako želite izmjeriti brzinu širenja vala duž užeta, to možete učiniti tako da odredite vrijeme koje je potrebno da smetnja pređe iz jedne točke na konop u drugu.

Čimbenici o kojima ovisi

U konačnici, brzina širenja vala ovisit će i o vrsti vala i karakteristikama medija kroz koji prolazi. Ispod su neki konkretni slučajevi.

Brzina širenja poprečnih valova u nizu

Vrlo jednostavan i vrlo grafički primjer za razumijevanje koji su faktori od kojih ovisno o brzini vala ovisi brzina poprečnih valova koji napreduju duž niza.

Sljedeći izraz omogućava određivanje brzine širenja za ove valove:

v = √ (T / µ)

U ovom izrazu μ je linearna gustoća u kilogramima po metru, a T napetost niza.

Brzina širenja zvuka

Zvuk je poseban slučaj mehaničkog vala; prema tome, potrebna su sredstva koja se mogu kretati, a ne biti u mogućnosti to u vakuumu.

Brzina kojom zvuk putuje kroz materijalni medij bit će funkcija karakteristika medija kroz koji se prenosi: temperature, gustoće, pritiska, vlage itd.

Zvuk putuje brže u tijelima čvrstog stanja nego u tekućinama. Na isti se način brže kreće u tekućinama nego u plinovima, pa se brže kreće u vodi nego u zraku.

Konkretno, njegova brzina širenja u zraku je 343 m / s pri temperaturi od 20 ºC.

Brzina širenja elektromagnetskih valova

Elektromagnetski valovi, koji su vrsta poprečnih valova, šire se kroz prostor. Stoga ne trebaju sredstva za kretanje: mogu putovati kroz prazninu.

Elektromagnetski valovi putuju brzinom od oko 300 000 km / s (brzina svjetlosti), premda se, ovisno o njihovoj brzini, grupiraju u frekvencijski raspon čineći takozvani elektromagnetski spektar.

Riješene vježbe

Prva vježba

Pronađite brzinu kojom poprečni val putuje konopom dužine 6 m, ako je napetost u užetu 8 N, a njegova ukupna masa je 12 kg.

Riješenje

Prvo što je potrebno izračunati je linearna gustoća niza:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Nakon što je to učinjeno, moguće je odrediti brzinu širenja, za što je ona zamijenjena u izrazu:

v = √ (T / µ) = √ (8/2) = 2 m / s

Druga vježba

Poznato je da je frekvencija glazbene note 440 Hz. Odredite kolika je njena valna duljina i u zraku i u vodi, znajući da je njegova brzina širenja u zraku 340 m / s, dok je u zraku voda doseže 1400 m / s.

Riješenje

Za izračun valne duljine rješavamo λ iz sljedećeg izraza:

v = λ ∙ f

Dobiva se: λ = v / f

Zamjenom podataka iz izjave postižu se sljedeći rezultati:

λ _zrak = 340/440 = 0,773 m

λ _voda = 1400/440 = 3,27 m

Reference

1. Val (n). Na Wikipediji. Preuzeto 19. svibnja 2018. s es.wikipedia.org.
2. Fazna brzina (nd). Na Wikipediji. Preuzeto 19. svibnja 2018. s en.wikipedia.org.
3. Brzina zvuka (nd). Na Wikipediji. Preuzeto 19. svibnja 2018. s en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizika i kemija. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Razumijevanje fizike. Birkhauser.
6. Francuski, AP (1971). Vibracije i valovi (MIT uvodna fizika serija). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Valovi (Berkeley tečaj fizike, svezak 3), McGraw-Hill.