- Như đo lường?
- Các yếu tố nó phụ thuộc vào
- Vận tốc truyền sóng ngang trong sợi dây
- Tốc độ truyền âm thanh
- Vận tốc truyền sóng điện từ
- Bài tập đã giải
- Bài tập đầu tiên
- Giải pháp
- Bài tập thứ hai
- Giải pháp
- Người giới thiệu
Các vận tốc lan truyền của một sóng là tầm quan trọng để đo tốc độ mà tại đó các xáo trộn của truyền sóng dọc dịch chuyển của nó. Tốc độ truyền của sóng phụ thuộc vào cả dạng sóng và môi trường truyền qua nó.
Về mặt logic, một làn sóng di chuyển trong không khí sẽ không di chuyển cùng tốc độ với một làn sóng di chuyển trong đất liền hoặc trên biển. Tương tự như vậy, sóng địa chấn, âm thanh hoặc ánh sáng không tiến cùng tốc độ. Ví dụ, trong chân không sóng điện từ lan truyền với tốc độ ánh sáng; nghĩa là 300.000 km / s.
Trong trường hợp âm thanh truyền trong không khí, tốc độ truyền âm của nó là 343 m / s. Nói chung, đối với sóng cơ học, tốc độ truyền qua vật liệu phụ thuộc chủ yếu vào hai đặc tính của môi trường: mật độ và độ cứng của nó. Trong mọi trường hợp, nói chung tốc độ 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 = λ / T, trong đó v là tốc độ của sóng đo bằng mét trên giây, λ là bước sóng đo bằng mét và T là chu kỳ được đo bằng giây.
Như đo lường?
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, vì chu kỳ và tần số của sóng tỉ lệ nghịch nên cũng có thể phát biểu rằng tốc độ phụ thuộc vào tần số của sóng.
Các mối quan hệ này có thể được thể hiện bằng toán học như sau:
v = λ / T = λ ∙ f
Trong biểu thức này, f là tần số của sóng được đo bằng Hz.
Mối quan hệ này chỉ là một cách diễn đạt khác của mối quan hệ giữa tốc độ, không gian và thời gian: v = s / t, trong đó s đại diện cho không gian truyền đi của một vật chuyển động.
Vì lý do này, để biết tốc độ truyền của sóng, cần phải biết bước sóng và chu kỳ hoặc tần số của nó. Từ những điều trên, ta thấy rõ ràng rằng tốc độ không phụ thuộc vào năng lượng của sóng hay biên độ của nó.
Ví dụ, nếu bạn muốn đo tốc độ truyền của sóng dọc theo một sợi dây, bạn có thể thực hiện bằng cách xác định thời gian để một nhiễu động đi từ điểm này đến điểm khác.
Các yếu tố nó phụ thuộc vào
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.
Vận tốc truyền sóng ngang trong sợi dây
Một ví dụ rất đơn giản và rất dễ hiểu để hiểu các yếu tố mà tốc độ của sóng thường phụ thuộc vào đó là tốc độ của sóng ngang truyền dọc theo một sợi dây.
Biểu thức sau đây cho phép xác định tốc độ lan truyền của các sóng này:
v = √ (T / μ)
Trong biểu thức này, μ là mật độ tuyến tính tính bằng kilôgam trên mét và T là lực căng của dây.
Tốc độ truyền âm thanh
Âm thanh là một trường hợp cụ thể của sóng cơ học; do đó, nó đòi hỏi một phương tiện để có thể di chuyển, không thể làm như vậy trong chân không.
Tốc độ 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 truyền nhanh hơn ở thể rắn so với chất lỏng. Theo cách tương tự, nó chuyển động trong chất lỏng nhanh hơn trong chất khí, vì vậy nó chuyển động trong nước nhanh hơn trong không khí.
Cụ thể, tốc độ lan truyền của nó trong không khí là 343 m / s khi nó ở nhiệt độ 20ºC.
Vận tốc truyền sóng điện từ
Sóng điện từ, là một loại sóng ngang, truyền trong không gian. Do đó, chúng không yêu cầu phương tiện di chuyển: chúng có thể đi xuyên qua khoảng trống.
Các sóng điện từ truyền đi với vận tốc khoảng 300.000 km / s (tốc độ ánh sáng), mặc dù tùy thuộc vào tốc độ của chúng, chúng được nhóm lại thành các dải tần số tạo nên cái gọi là phổ điện từ.
Bài tập đã giải
Bài tập đầu tiên
Tìm tốc độ sóng ngang truyền qua sợi dây dài 6 m, nếu lực căng của sợi dây là 8 N và tổng khối lượng của nó là 12 kg.
Giải pháp
Điều đầu tiên cần phải tính toán là mật độ tuyến tính của chuỗi:
μ = 12/6 = 2 kg / m
Khi điều này được thực hiện, có thể xác định tốc độ lan truyền, nó được thay thế trong biểu thức:
v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s
Bài tập thứ hai
Biết rằng tần số của nốt nhạc là 440 Hz. Hãy xác định bước sóng của nó trong không khí và trong nước, biết rằng vận tốc truyền sóng của nó trong không khí là 340 m / s, còn trong không khí nước đạt 1400 m / s.
Giải pháp
Để tính bước sóng, chúng ta giải λ từ biểu thức sau:
v = λ ∙ f
Nó thu được: λ = v / f
Thay dữ liệu từ câu lệnh, đạt được các kết quả sau:
λ không khí = 340/440 = 0,773 m
λ nước = 1400/440 = 3,27 m
Người giới thiệu
- Sóng (nd). Trên Wikipedia. Được lấy vào ngày 19 tháng 5 năm 2018, từ es.wikipedia.org.
- Vận tốc pha (nd). Trên Wikipedia. Truy cập ngày 19 tháng 5 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
- Tốc độ của âm thanh (nd). Trên Wikipedia. Truy cập ngày 19 tháng 5 năm 2018, từ en.wikipedia.org.
- Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Vật lý và hóa học . núi Everest
- David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Hiểu biết về vật lý. Birkhäuser.
- Tiếng Pháp, AP (1971). Rung động và Sóng (loạt bài Vật lý giới thiệu của MIT). Nelson Thornes.
- Crawford jr., Frank S. (1968). Sóng (Khóa học Vật lý Berkeley, Tập 3), McGraw-Hill.