的一个波的传播速度是测量速度的大小在沿其位移的波传播的扰动。波的传播速度取决于波的类型和传播的介质。
从逻辑上讲,在空中传播的波浪与在陆地或海洋中传播的波浪不会以相同的速度传播。同样,地震波,声音或光波也不会以相同的速度传播。例如,在真空中,电磁波以光速传播。也就是说,300,000 km / s。
对于空气中的声音,其传播速度为343 m / s。通常,对于机械波,通过材料的速度主要取决于介质的两个特征:其密度和刚度。在任何情况下,速度通常与波长和周期的值有关。
该关系可以通过商来数学表示:v =λ/ T,其中v是以米/秒为单位测量的波速,λ是以米为单位测量的波长,T是以秒为单位测量的周期。
如实测?
如前所述,一般来说,波速取决于其波长和周期。
因此,由于波的周期和频率成反比,所以也可以说速度取决于波的频率。
这些关系可以用数学方式表示为:
v =λ/ T =λ∙f
在该表达式中,f是以Hz为单位的电波频率。
这种关系只是表达速度,空间和时间之间关系的另一种方式:v = s / t,其中s表示运动物体所经过的空间。
因此,要知道波的传播速度,就必须知道其波长,周期或频率。从上面可以清楚地看出,速度不取决于波的能量或其幅度。
例如,如果要测量波浪在绳索上的传播速度,可以通过确定干扰从绳索上的一个点到达另一点所花费的时间来实现。
它取决于的因素
最终,波的传播速度将取决于波的类型和波传播通过的介质的特性。以下是一些具体情况。
弦中横波的传播速度
一个非常简单且非常图形化的示例可以理解哪些波速通常取决于哪些因素,这些因素是沿弦前进的横向波的速度。
以下表达式可以确定这些波的传播速度:
v =√(T /μ)
在此表达式中,μ是线密度,单位为千克/米,T是线的张力。
声音传播速度
声音是机械波的特例;因此,需要一种能够移动而不能够在真空中移动的装置。
声音在物质介质中传播的速度将取决于其传播介质的特性:温度,密度,压力,湿度等。
固体中的声音传播比液体中的声音传播快。同样,它在液体中的移动要比在气体中的移动快,因此它在水中的移动要比在空气中的移动快。
具体地说,当温度为20ºC时,它在空气中的传播速度为343 m / s。
电磁波的传播速度
电磁波是一种横向波,它在空间中传播。因此,它们不需要移动的方式:它们可以穿过空隙。
电磁波的传播速度约为300,000 km / s(光速),但根据其速度,电磁波被分为构成电磁频谱的频率范围。
解决的练习
第一次练习
如果绳索中的张力为8 N,并且其总质量为12 kg,则求出横波在6米长的绳索中传播的速度。
解
要计算的第一件事是字符串的线密度:
μ= 12/6 = 2千克/米
完成此操作后,就可以确定传播速度,将其替换为表达式:
v =√(T /μ)=√(8/2)= 2 m / s
第二次练习
已知音符的频率为440 Hz,请确定音符在空气和水中的波长,知道其在空气中的传播速度为340 m / s,而在空气中则是340 m / s。水达到1400 m / s。
解
为了计算波长,我们根据以下表达式求解λ:
v =λ∙f
得出:λ= v / f
替换语句中的数据,将获得以下结果:
空气 λ = 340/440 = 0.773 m
λ 水 = 1400/440 = 3.27 m
参考文献
- Wave(nd)。在维基百科上。于2018年5月19日从es.wikipedia.org检索。
- 相速度(nd)。在维基百科上。于2018年5月19日从en.wikipedia.org检索。
- 声速(nd)在维基百科上。于2018年5月19日从en.wikipedia.org检索。
- FidalgoSánchez,何塞·安东尼奥(2005)。物理化学。珠穆朗玛峰
- David C.Cassidy,Gerald James Holton,Floyd James Rutherford(2002)。了解物理学。Birkhäuser。
- 法语,美联社(1971)。振动和波动(麻省理工学院物理入门系列)。纳尔逊·索恩斯。
- Crawford Jr.,Frank S.(1968)。Waves(伯克利物理课程,第3卷),麦格劳-希尔。