VOORTPLANTINGSSNELHEID VAN EEN GOLF: FACTOREN EN METING - FYSIEK - 2025

De voortplantingssnelheid van een golf is de grootte die de snelheid meet waarmee de verstoring van de golf zich voortplant tijdens zijn verplaatsing. De snelheid waarmee de golf zich voortplant, is afhankelijk van zowel het type golf als het medium waardoor deze zich voortplant.

Logischerwijs zal een golf die door de lucht beweegt niet met dezelfde snelheid reizen als een golf die door het land of de zee beweegt. Evenzo gaat een seismische golf, geluid of licht niet met dezelfde snelheid voort. In een vacuüm planten zich bijvoorbeeld elektromagnetische golven voort met de lichtsnelheid; dat wil zeggen 300.000 km / s.

In het geval van geluid in lucht is de voortplantingssnelheid 343 m / s. In het algemeen hangt voor mechanische golven de snelheid door een materiaal voornamelijk af van twee van de kenmerken van het medium: de dichtheid en de stijfheid. In ieder geval is de snelheid doorgaans gerelateerd aan de waarde van de golflengte en de periode.

De relatie kan wiskundig worden uitgedrukt door het quotiënt: v = λ / T, waarbij v de snelheid van de golf is gemeten in meters per seconde, λ de golflengte is gemeten in meters en T de periode is gemeten in seconden.

Zoals gemeten?

Zoals eerder vermeld, wordt de snelheid van een golf in het algemeen bepaald door zijn golflengte en zijn periode.

Aangezien de periode en de frequentie van een golf omgekeerd evenredig zijn, kan daarom ook worden gesteld dat de snelheid afhangt van de frequentie van de golf.

Deze relaties kunnen als volgt wiskundig 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 de ruimte vertegenwoordigt die een bewegend lichaam aflegt.

Om deze reden is het, om de snelheid waarmee een golf zich voortplant, te kennen, de golflengte en de periode of de frequentie ervan te kennen. Uit het bovenstaande volgt duidelijk dat de snelheid niet afhankelijk is van de energie van de golf of zijn amplitude.

Als u bijvoorbeeld de voortplantingssnelheid van een golf langs een touw wilt meten, kunt u dit doen door te bepalen hoe lang het duurt voordat een storing van het ene punt op het touw naar het andere gaat.

Factoren waarvan het afhankelijk is

Uiteindelijk zal de voortplantingssnelheid van een golf afhangen van zowel het type golf als de kenmerken van het medium waardoor deze reist. Hieronder staan ​​enkele specifieke gevallen.

Voortplantingssnelheid van transversale golven in een string

Een heel eenvoudig en heel grafisch voorbeeld om te begrijpen van welke factoren de snelheid van een golf normaal gesproken afhangt, is dat van de transversale golven die langs een snaar voortbewegen.

Met de volgende uitdrukking kan de voortplantingssnelheid voor deze golven worden bepaald:

v = √ (T / μ)

In deze uitdrukking is μ de lineaire dichtheid in kilogram per meter en is T de spanning van de snaar.

Voortplantingssnelheid van geluid

Geluid is een specifiek geval van een mechanische golf; daarom vereist het een middel om te kunnen bewegen, niet in staat om dit in een vacuüm te doen.

De snelheid waarmee geluid door een materiaalmedium reist, zal een functie zijn van de kenmerken van het medium waardoor het wordt overgedragen: temperatuur, dichtheid, druk, vochtigheid, enz.

Geluid reist sneller in vaste stoffen dan in vloeistoffen. Op dezelfde manier beweegt het sneller in vloeistoffen dan in gassen, dus het beweegt sneller in water dan in lucht.

Specifiek, zijn voortplantingssnelheid in de lucht is 343 m / s bij een temperatuur van 20 ºC.

Voortplantingssnelheid van elektromagnetische golven

Elektromagnetische golven, een soort transversale golven, planten zich voort door de ruimte. Daarom hebben ze geen bewegingsmiddel nodig: ze kunnen door een leegte reizen.

Elektromagnetische golven reizen met ongeveer 300.000 km / s (lichtsnelheid), hoewel ze, afhankelijk van hun snelheid, gegroepeerd zijn in frequentiebereiken die het elektromagnetische spectrum vormen.

Opgeloste oefeningen

Eerste oefening

Zoek de snelheid waarmee een dwarsgolf door een touw van 6 m lang gaat, als de spanning in het touw 8 N is en de totale massa 12 kg is.

Oplossing

Het eerste dat nodig is om te berekenen, is de lineaire dichtheid van de string:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Zodra dit is gebeurd, is het mogelijk om de voortplantingssnelheid te bepalen, waarvoor deze wordt vervangen in de uitdrukking:

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 lucht als in water, wetende dat de voortplantingssnelheid in lucht 340 m / s is, terwijl in lucht water bereikt 1400 m / s.

Oplossing

Om de golflengte te berekenen, lossen we λ op uit de volgende uitdrukking:

v = λ ∙ f

Het wordt verkregen: λ = v / f

Door de gegevens uit de verklaring te vervangen, worden de volgende resultaten bereikt:

λ _lucht = 340/440 = 0,773 m

λ _water = 1400/440 = 3,27 m

Referenties

1. Golf (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 19 mei 2018, via es.wikipedia.org.
2. Fasesnelheid (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 19 mei 2018, via en.wikipedia.org.
3. Geluidssnelheid (nd). Op Wikipedia. Opgehaald op 19 mei 2018, via en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005). Natuurkunde en scheikunde . Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002). Fysica begrijpen. Birkhäuser.
6. Frans, AP (1971). Trillingen en golven (MIT Introductory physics series). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, deel 3), McGraw-Hill.