Delen:
Snelheid van voortplanting van een golffactor en hoe deze wordt gemeten
de snelheid van voortplanting van een golf is de magnitude die de snelheid meet waarmee de verstoring van de golf zich voortplant langs zijn verplaatsing. De snelheid waarmee de golf zich voortplant, hangt af van zowel het type golf als het medium waardoor het wordt gepropageerd.
Logisch gezien is het niet van plan om met dezelfde snelheid een golf te bewegen die door de lucht beweegt, degene die door het land of de zee vaart. Op dezelfde manier gaat een seismische golf, geluid of licht niet op dezelfde snelheid vooruit. Bijvoorbeeld, in een vacuüm propageren elektromagnetische golven met de snelheid van het licht; dat wil zeggen, bij 300.000 km / s.
In het geval van geluid in de lucht is de voortplantingssnelheid 343 m / s. In het algemeen hangt voor mechanische golven de snelheid door een materiaal hoofdzakelijk af van twee van de kenmerken van het medium: de dichtheid en de stijfheid ervan. In elk geval is de snelheid in het algemeen gerelateerd aan de waarde van de golflengte en de periode.
De relatie kan mathematisch worden uitgedrukt door het quotiënt: v = λ / T, waarbij v de snelheid van de golf is, gemeten in meter per seconde, λ is de golflengte gemeten in meters en T is de periode gemeten in seconden.
index
- 1 Hoe wordt het gemeten?
- 2 Factoren waarvan het afhankelijk is
- 2.1 Snelheid van voortplanting van transversale golven op een string
- 2.2 Snelheid van geluidsvoortplanting
- 2.3 Snelheid van voortplanting van elektromagnetische golven
- 3 Oefeningen opgelost
- 3.1 Eerste oefening
- 3.2 Tweede oefening
- 4 Referenties
Hoe wordt het gemeten?
Zoals hierboven al vermeld, wordt de snelheid van een golf in het algemeen bepaald door de golflengte en de periode.
Daarom, aangezien de periode en frequentie van een golf omgekeerd evenredig zijn, kan ook worden gesteld dat de snelheid afhangt van de frequentie van de golf.
Deze relaties kunnen wiskundig als volgt worden uitgedrukt:
v = λ / T = λ ∙ f
In deze uitdrukking is f de frequentie van de golf gemeten in Hz.
Zo'n relatie is gewoon een andere manier om de relatie tussen snelheid, ruimte en tijd uit te drukken: v = s / t, waarbij s staat voor de ruimte die een bewegend lichaam inneemt.
Daarom is het, om de snelheid te kennen waarmee een golf zich voortplant, nodig om de golflengte en de periode of frequentie ervan te kennen. Uit het bovenstaande is het duidelijk dat de snelheid niet afhankelijk is van de energie van de golf noch van de amplitude ervan.
Als u bijvoorbeeld de snelheid van voortplanting van een golf langs een touw wilt meten, kunt u dit doen door te bepalen hoe lang het duurt voordat er een storing is om van het ene punt van het touw naar het andere te gaan.
Factoren waarvan het afhankelijk is
Uiteindelijk zal de snelheid van voortplanting van een golf afhangen van zowel het type golf als de kenmerken van het medium waardoor het beweegt. Hieronder zijn enkele specifieke gevallen.
Voortplantingssnelheid van transversale golven op een string
Een heel eenvoudig en heel grafisch voorbeeld om te begrijpen wat de factoren zijn waarop de snelheid van een golf normaal afhangt, is die van transversale golven die langs een touwtje bewegen.
Met de volgende expressie kunt u de voortplantingssnelheid van deze golven bepalen:
v = √ (T / μ)
In deze uitdrukking is μ de lineaire dichtheid in kilogram per meter en T de spanning van de snaar.
Geluid voortplantingssnelheid
Geluid is een specifiek geval van mechanische golf; daarom heeft het een middel nodig om te bewegen, niet in staat om dit in een vacuüm te doen.
De snelheid waarmee geluid door een materiaalmedium reist, hangt af van de kenmerken van het medium waardoor het wordt overgedragen: temperatuur, dichtheid, druk, vochtigheid, enz..
Geluid beweegt sneller in lichamen in de vaste toestand dan in vloeistoffen. Op dezelfde manier gaat het sneller in vloeistoffen dan in gassen, dus reist het sneller in water dan in lucht
In het bijzonder is zijn voortplantingssnelheid in de lucht 343 m / s bij een temperatuur van 20 ºC.
Voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven
Elektromagnetische golven, die een soort transversale golven zijn, propageren door de ruimte. Daarom hebben ze geen bewegingsmiddelen nodig: ze kunnen door de leegte reizen.
Elektromagnetische golven bewegen met ongeveer 300.000 km / s (snelheid van het licht) hoewel ze, afhankelijk van hun snelheid, worden gegroepeerd in frequentiebereiken die samen het zogenaamde elektromagnetische spectrum vormen.
Opgeloste oefeningen
Eerste oefening
Bereken de snelheid waarmee een transversale golf zich door een 6 meter lang touw voortplant, als de kabelspanning 8 N is en de totale massa is 12 kg.
oplossing
Het eerste dat moet worden berekend, is de lineaire dichtheid van de string:
μ = 12/6 = 2 kg / m
Zodra dit is gebeurd, is het al mogelijk om de voortplantingssnelheid te bepalen, waarvoor deze in de uitdrukking wordt vervangen:
v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s
Tweede oefening
Het is bekend dat de frequentie van de muzieknoot 440 Hz is. Bepaal wat de golflengte is zowel in de lucht als in het water, wetende dat in de lucht zijn voortplantingssnelheid 340 m / s is, terwijl in de lucht water bereikt 1400 m / s.
oplossing
Om de golflengte te berekenen die we wissen λ van de volgende uitdrukking:
v = λ ∙ f
Je krijgt: λ = v / f
Als we de gegevens van de verklaring vervangen, komen we tot de volgende resultaten:
λ lucht = 340/440 = 0,773 m
λ water = 1400/440 = 3,27 m
referenties
- Wave (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 19 mei 2018, via en.wikipedia.org.
- Faseschijfsnelheid (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 19 mei 2018, via en.wikipedia.org.
- Snelheid van het geluid (n.d.). In Wikipedia. Opgehaald op 19 mei 2018, via en.wikipedia.org.
- Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Natuurkunde en scheikunde. Everest
- David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Fysica begrijpen. Birkhäuser.
- Frans, A.P. (1971). Trillingen en golven (M.I.T. Introductory Physics-serie). Nelson Thornes.
- Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, band 3), McGraw-Hill.