ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่น: ปัจจัยและการวัด - กายภาพ - 2026

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นเป็นขนาดที่วัดความเร็วที่รบกวนการแพร่กระจายคลื่นพร้อมรางของมัน ความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นขึ้นอยู่กับทั้งชนิดของคลื่นและตัวกลางที่คลื่นแพร่กระจาย

ตามเหตุผลแล้วคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านอากาศจะไม่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากับคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านแผ่นดินหรือทะเล ในทำนองเดียวกันคลื่นแผ่นดินไหวเสียงหรือแสงจะไม่เคลื่อนที่ด้วยความเร็วเท่ากัน ตัวอย่างเช่นในคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าสูญญากาศแพร่กระจายด้วยความเร็วแสง กล่าวคือ 300,000 กม. / วินาที

ในกรณีของเสียงในอากาศความเร็วในการแพร่กระจายคือ 343 m / s โดยทั่วไปสำหรับคลื่นกลความเร็วผ่านวัสดุส่วนใหญ่ขึ้นอยู่กับคุณสมบัติสองประการของตัวกลางคือความหนาแน่นและความแข็งของมัน ไม่ว่าในกรณีใด ๆ โดยทั่วไปความเร็วจะสัมพันธ์กับค่าของความยาวคลื่นและคาบ

ความสัมพันธ์สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ผ่านผลหาร: v = λ / T โดยที่ v คือความเร็วของคลื่นที่วัดเป็นเมตรต่อวินาทีλคือความยาวคลื่นที่วัดได้ในหน่วยเมตรและ T คือช่วงเวลาที่วัดเป็นวินาที

ตามที่วัด?

ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้โดยทั่วไปความเร็วของคลื่นจะถูกกำหนดโดยความยาวคลื่นและช่วงเวลาของคลื่น

ดังนั้นเนื่องจากช่วงเวลาและความถี่ของคลื่นเป็นสัดส่วนผกผันจึงสามารถระบุได้ว่าความเร็วขึ้นอยู่กับความถี่ของคลื่น

ความสัมพันธ์เหล่านี้สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้:

v = λ / T = λ∙ฉ

ในนิพจน์นี้ f คือความถี่ของคลื่นที่วัดเป็น Hz

ความสัมพันธ์นี้เป็นอีกวิธีหนึ่งในการแสดงความสัมพันธ์ระหว่างความเร็วพื้นที่และเวลา: v = s / t โดยที่ s หมายถึงพื้นที่ที่เดินทางโดยร่างกายที่เคลื่อนไหว

ด้วยเหตุนี้ในการทราบความเร็วที่คลื่นแพร่กระจายจึงจำเป็นต้องทราบความยาวคลื่นและช่วงเวลาหรือความถี่ของคลื่น จากที่กล่าวมาเห็นได้ชัดว่าความเร็วไม่ได้ขึ้นอยู่กับพลังงานของคลื่นหรือแอมพลิจูดของคลื่น

ตัวอย่างเช่นหากคุณต้องการวัดความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นไปตามเส้นเชือกคุณสามารถทำได้โดยกำหนดเวลาที่คลื่นรบกวนจากจุดหนึ่งไปยังอีกจุดหนึ่ง

ปัจจัยนั้นขึ้นอยู่กับ

ในที่สุดความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นจะขึ้นอยู่กับทั้งชนิดของคลื่นและลักษณะของตัวกลางที่คลื่นเคลื่อนที่ผ่าน ด้านล่างนี้เป็นกรณีเฉพาะบางส่วน

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นตามขวางในสตริง

ตัวอย่างที่เรียบง่ายและเป็นภาพมากที่จะเข้าใจว่าปัจจัยใดที่ความเร็วของคลื่นโดยปกติขึ้นอยู่กับคลื่นตามขวางที่เคลื่อนที่ไปตามสตริง

นิพจน์ต่อไปนี้อนุญาตให้กำหนดความเร็วในการแพร่กระจายของคลื่นเหล่านี้:

v = √ (T / μ)

ในนิพจน์นี้μคือความหนาแน่นเชิงเส้นในหน่วยกิโลกรัมต่อเมตรและ T คือความตึงของสตริง

ความเร็วในการแพร่กระจายเสียง

เสียงเป็นกรณีเฉพาะของคลื่นกล ดังนั้นจึงต้องใช้วิธีเพื่อให้สามารถเคลื่อนย้ายไม่สามารถทำได้ในสุญญากาศ

ความเร็วที่เสียงเดินทางผ่านสื่อวัสดุจะเป็นหน้าที่ของลักษณะของสื่อที่ส่งผ่าน: อุณหภูมิความหนาแน่นความดันความชื้น ฯลฯ

เสียงเดินทางในร่างกายสถานะของแข็งได้เร็วกว่าในของเหลว ในทำนองเดียวกันมันเคลื่อนที่ได้เร็วกว่าในของเหลวมากกว่าก๊าซดังนั้นจึงเคลื่อนที่ในน้ำได้เร็วกว่าในอากาศ

โดยเฉพาะความเร็วในการแพร่กระจายในอากาศคือ 343 m / s เมื่ออยู่ที่อุณหภูมิ 20 ºC

ความเร็วของการแพร่กระจายของคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้า

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นคลื่นตามขวางชนิดหนึ่งแพร่กระจายผ่านอวกาศ ดังนั้นพวกเขาไม่ต้องการวิธีการเคลื่อนไหวพวกเขาสามารถเดินทางผ่านความว่างเปล่าได้

คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าเดินทางด้วยความเร็วประมาณ 300,000 กม. / วินาที (ความเร็วแสง) แม้ว่าคลื่นเหล่านี้จะถูกจัดกลุ่มเป็นช่วงความถี่ซึ่งเรียกว่าสเปกตรัมแม่เหล็กไฟฟ้าขึ้นอยู่กับความเร็ว

แบบฝึกหัดที่แก้ไข

ออกกำลังกายครั้งแรก

จงหาความเร็วที่คลื่นตามขวางเดินทางผ่านเชือกยาว 6 ม. หากความตึงในเชือกเท่ากับ 8 N และมวลรวม 12 กก.

สารละลาย

สิ่งแรกที่จำเป็นในการคำนวณคือความหนาแน่นเชิงเส้นของสตริง:

μ = 12/6 = 2 กก. / ม

เมื่อเสร็จแล้วคุณสามารถกำหนดความเร็วในการแพร่กระจายซึ่งจะถูกแทนที่ในนิพจน์:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 เมตร / วินาที

การออกกำลังกายครั้งที่สอง

เป็นที่ทราบกันดีว่าความถี่ของโน้ตดนตรีคือ 440 เฮิร์ตซ์กำหนดความยาวคลื่นของมันทั้งในอากาศและในน้ำโดยรู้ว่าในอากาศความเร็วในการแพร่กระจายของมันคือ 340 เมตร / วินาทีในขณะที่อยู่ใน น้ำสูงถึง 1,400 m / s

สารละลาย

ในการคำนวณความยาวคลื่นเราแก้λจากนิพจน์ต่อไปนี้:

v = λ∙ฉ

ได้รับ: λ = v / f

การแทนที่ข้อมูลจากคำสั่งจะได้ผลลัพธ์ดังต่อไปนี้:

λ _{อากาศ} = 340/440 = 0.773 ม

λ _น้ำ = 1400/440 = 3.27 ม

อ้างอิง

1. คลื่น (nd). บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2018 จาก es.wikipedia.org.
2. ความเร็วเฟส (nd) บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
3. ความเร็วของเสียง (nd) บน Wikipedia สืบค้นเมื่อวันที่ 19 พฤษภาคม 2018 จาก en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). ฟิสิกส์และเคมี. เอเวอเรสต์
5. เดวิดซี. แคสสิดี้เจอรัลด์เจมส์โฮลตันฟลอยด์เจมส์รัทเทอร์ฟอร์ด (2002) เข้าใจฟิสิกส์ Birkhäuser
6. ฝรั่งเศส, AP (1971). การสั่นสะเทือนและคลื่น (ชุดฟิสิกส์เบื้องต้นของ MIT) เนลสัน ธ อร์นส์
7. ครอว์ฟอร์ดจูเนียร์แฟรงค์เอส. (2511) Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill