Dalga Yayılma Hızı: Faktörler ve Nasıl Ölçülür?

Bir dalganın yayılma hızı, dalganın bozulmasının yer değiştirmesi boyunca yayıldığı hızı ölçen büyüklüktür. Dalganın yayılma hızı hem dalganın türüne hem de yayıldığı ortama bağlıdır.

Mantıksal olarak, aynı hızda, karadan veya denizden geçen havadan geçen bir dalgayı hareket ettirmeyecek. Aynı şekilde, sismik bir dalga, ses veya ışık aynı hızda ilerlemiyor. Örneğin, bir vakumda elektromanyetik dalgalar ışık hızında yayılır; yani, 300.000 km / s'de.

Havada ses olması durumunda yayılma hızı 343 m / s'dir. Genel olarak, mekanik dalgalar için, bir malzemeden geçen hız esas olarak ortamın özelliklerinden ikisine bağlıdır: yoğunluğu ve sertliği. Her durumda, hız genel olarak dalga boyunun ve dönemin değeri ile ilgilidir.

İlişki, bölüm aracılığıyla matematiksel olarak ifade edilebilir: v = λ / T, v, saniyedeki metre cinsinden ölçülen dalganın hızı, λ, metre cinsinden ölçülen dalga boyu ve T, saniye cinsinden ölçülen süredir.

Nasıl ölçülür?

Daha önce belirtildiği gibi, genel olarak bir dalganın hızı, dalga boyu ve süresi ile belirlenir.

Bu nedenle, bir dalganın periyodu ve frekansının ters orantılı olduğu göz önüne alındığında, hızın dalganın frekansına bağlı olduğu da söylenebilir.

Bu ilişkiler matematiksel olarak şu şekilde ifade edilebilir:

v = λ / T = λ ∙ f

Bu ifadede f, Hz cinsinden ölçülen dalganın frekansıdır.

Böyle bir ilişki, hız, uzay ve zaman arasındaki ilişkiyi ifade etmenin başka bir yoludur: v = s / t, burada s hareket eden bir vücut tarafından seyahat edilen alanı temsil eder.

Bu nedenle, bir dalganın yayılma hızını bilmek için, dalga boyunu ve periyodunu veya frekansını bilmek gerekir. Yukarıdan, hızın ne dalganın enerjisine ne de genliğine bağlı olmadığı açıktır.

Örneğin, bir dalganın bir ip boyunca yayılma hızını ölçmek istiyorsanız, bir rahatsızlığın halattaki bir noktadan diğerine gitmesi için geçen süreyi belirleyerek yapılabilir.

Bağlandığı faktörler

Sonuçta, bir dalganın yayılma hızı hem dalganın türüne hem de içinden hareket ettiği ortamın özelliklerine bağlı olacaktır. Aşağıda bazı özel durumlar verilmiştir.

Bir dize üzerinde çapraz dalgaların yayılma hızı

Normalde bir dalga hızının dayandığı faktörlerin ne olduğunu anlamak için çok basit ve çok grafik bir örnek, bir ip boyunca hareket eden enine dalgalardır.

Aşağıdaki ifade, bu dalgalar için yayılma hızını belirlemeye izin verir:

v = √ (T / μ)

Bu ifadede μ metre başına kilogram cinsinden doğrusal yoğunluk ve T dizenin gerginliğidir.

Ses yayılma hızı

Ses, mekanik dalgaların özel bir halidir; bu nedenle, hareket etmek için bir araç gerektiriyor, bunu vakumda yapamıyor.

Sesin bir malzeme ortamından geçtiği hız, içinden geçtiği ortamın özelliklerinin bir fonksiyonu olacaktır: sıcaklık, yoğunluk, basınç, nem vb.

Ses, katı halindeki gövdelerde sıvılara göre daha hızlı hareket eder. Aynı şekilde sıvıda gazdan daha hızlı ilerler, böylece suda havadan daha hızlı hareket eder.

Özellikle havadaki yayılma hızı, 20 ºC sıcaklıkta olduğu zaman 343 m / s'dir.

Elektromanyetik dalgaların yayılma hızı

Bir tür enine dalga türü olan elektromanyetik dalgalar uzayda yayılır. Bu nedenle, hareket edebilecekleri bir araca ihtiyaç duymazlar: vakumda seyahat edebilirler.

Elektromanyetik dalgalar, yaklaşık 300.000 km / s'de (ışık hızında) hareket ederler, ancak hızlarına bağlı olarak, elektromanyetik spektrum adı verilen şeyi oluşturan frekans aralıklarında gruplanırlar.

Çözülmüş egzersizler

İlk egzersiz

Halat gerginliği 8 N ise ve toplam kütlesi 12 kg ise, enine bir dalganın 6 m uzunluğunda bir halat boyunca yayıldığı hızı hesaplayın.

çözüm

Hesaplanması gereken ilk şey dizgenin doğrusal yoğunluğudur:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Bu yapıldıktan sonra, ifadesinde ikame edildiği yayılma hızını belirlemek zaten mümkündür:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

İkinci alıştırma

Müzik notasının frekansının 440 Hz olduğu, havadaki ve sudaki havadaki dalga boyunun ne kadar olduğunu, havadaki yayılma hızının 340 m / s olduğunu bildiği bilinmektedir. su 1400 m / s'ye ulaşır.