VITEZA DE PROPAGARE A UNEI UNDE: FACTORI ȘI MĂSURARE - FIZIC - 2025

Viteza de propagare a undei este magnitudinea care măsoară viteza la care perturbarea propagă unda de-a lungul deplasării sale. Viteza cu care se propagă unda depinde atât de tipul de undă, cât și de mediul prin care se propagă.

În mod logic, un val care se mișcă prin aer nu va circula cu aceeași viteză cu cel care se deplasează prin uscat sau prin mare. În mod similar, o undă seismică, sunet sau lumină nu avansează la aceeași viteză. De exemplu, în vid, undele electromagnetice se propagă la viteza luminii; adică 300.000 km / s.

În cazul sunetului în aer, viteza de propagare a acestuia este de 343 m / s. În general, pentru undele mecanice, viteza printr-un material depinde în principal de două dintre caracteristicile mediului: densitatea și rigiditatea acestuia. În orice caz, în general, viteza este legată de valoarea lungimii de undă și a perioadei.

Relația poate fi exprimată matematic prin intermediul coeficientului: v = λ / T, unde v este viteza undei măsurată în metri pe secundă, λ este lungimea de undă măsurată în metri și T este perioada măsurată în secunda.

După cum este măsurat?

Așa cum am menționat anterior, în general, viteza unei unde este determinată de lungimea de undă și de perioada sa.

Prin urmare, deoarece perioada și frecvența unei unde sunt invers proporționale, se poate afirma, de asemenea, că viteza depinde de frecvența undei.

Aceste relații pot fi exprimate matematic astfel:

v = λ / T = λ ∙ f

În această expresie f este frecvența undei măsurate în Hz.

O astfel de relație este doar un alt mod de exprimare a relației dintre viteză, spațiu și timp: v = s / t, unde s reprezintă spațiul parcurs de un corp în mișcare.

Din acest motiv, pentru a cunoaște viteza cu care se propagă o undă, este necesară cunoașterea lungimii de undă și a perioadei sau a frecvenței sale. Din cele de mai sus, rezultă clar că viteza nu depinde de energia undei sau de amplitudinea ei.

De exemplu, dacă doriți să măsurați viteza de propagare a unei valuri de-a lungul unei frânghii, puteți face acest lucru determinând timpul necesar pentru ca o perturbare să meargă dintr-un punct pe frânghie în altul.

Factorii de care depinde

În cele din urmă, viteza de propagare a unei unde va depinde atât de tipul de undă, cât și de caracteristicile mediului prin care circulă. Mai jos sunt câteva cazuri specifice.

Viteza de propagare a undelor transversale într-un șir

Un exemplu foarte simplu și foarte grafic pentru a înțelege care sunt factorii de care depinde în mod normal viteza unei unde este cea a undelor transversale care avansează de-a lungul unei șiruri.

Următoarea expresie permite să se determine viteza de propagare a acestor unde:

v = √ (T / μ)

În această expresie μ este densitatea liniară în kilograme pe metru, iar T este tensiunea șirului.

Viteza de propagare a sunetului

Sunetul este un caz particular al unei unde mecanice; prin urmare, necesită un mijloc pentru a se putea mișca, neputând face acest lucru în vid.

Viteza cu care sunetul călătorește printr-un mediu material va fi o funcție a caracteristicilor mediului prin care este transmis: temperatura, densitatea, presiunea, umiditatea etc.

Sunetul călătorește mai rapid în corpurile cu stare solidă decât în ​​lichide. În același mod, se mișcă mai repede în lichide decât în ​​gaze, deci se mișcă mai repede în apă decât în ​​aer.

Mai exact, viteza sa de propagare în aer este de 343 m / s atunci când se află la o temperatură de 20 ºC.

Viteza de propagare a undelor electromagnetice

Undele electromagnetice, care sunt un tip de unde transversale, se propagă prin spațiu. Prin urmare, nu necesită un mijloc de mișcare: pot călători printr-un gol.

Undele electromagnetice circulă cu aproximativ 300.000 km / s (viteza luminii), deși, în funcție de viteza lor, sunt grupate în intervale de frecvență alcătuind ceea ce se numește spectru electromagnetic.

Exerciții rezolvate

Primul exercițiu

Găsiți viteza cu care o undă transversală circulă printr-o frânghie de 6 m lungime, dacă tensiunea în frânghie este de 8 N și masa totală a acesteia este de 12 kg.

Soluţie

Primul lucru necesar pentru a calcula este densitatea liniară a șirului:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Odată făcut acest lucru, este posibilă determinarea vitezei de propagare, pentru care este substituită în expresia:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Al doilea exercițiu

Se știe că frecvența notei muzicale este de 440 Hz. Determinați ce lungime de undă este atât în ​​aer, cât și în apă, știind că viteza de propagare a acesteia în aer este de 340 m / s, în timp ce în aer apa ajunge la 1400 m / s.

Soluţie

Pentru a calcula lungimea de undă rezolvăm λ din următoarea expresie:

v = λ ∙ f

Se obține: λ = v / f

Înlocuind datele din declarație, se obțin următoarele rezultate:

λ _aer = 340/440 = 0,773 m

λ _apă = 1400/440 = 3,27 m

Referințe

1. Val (nd). Pe Wikipedia. Preluat pe 19 mai 2018, de pe es.wikipedia.org.
2. Viteza fazei (nd). Pe Wikipedia. Preluat pe 19 mai 2018, de pe en.wikipedia.org.
3. Viteza sunetului (nd). Pe Wikipedia. Preluat pe 19 mai 2018, de pe en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Fizică și chimie. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Înțelegerea fizicii. Birkhăuser.
6. Franceză, AP (1971). Vibrații și valuri (seria de fizică introductivă MIT). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.