Odffalowane charakterystyki ruchu, rodzaje fal, przykłady

On ruch falowy Składa się z propagacji zaburzeń, zwanej falą, w pożywce materialnej lub nawet w próżni, jeśli jest to światło lub inne promieniowanie elektromagnetyczne.

Energia porusza się w ruchu wsteczowym, bez cząstek z pożywki odejścia z dala od ich pozycji, ponieważ zaburzenia powodują, że tylko oscylują lub wibrują ciągle wokół równowagi.

Ruch wody w oceanie

A ta wibracja jest ta, która jest przenoszona z jednej cząstki na drugą pośrodku, w tak zwanym jako A Fala mechaniczna. Dźwięk rozprzestrzenia się w ten sposób: źródło ściska i rozszerza cząsteczki powietrza na przemian, a energia, która podróżuje w ten sposób, jest z kolei odpowiedzialna za wibrację błony bębenkowej, wrażenie, że mózg interpretuje się jako dźwięk.

W przypadku światła, które nie potrzebuje materiału, jest oscylacja przesyłanych pól elektrycznych i magnetycznych.

Jak widzimy, dwa z najważniejszych zjawisk na całe życie: światło i dźwięk, mają pofalowany ruch, stąd znaczenie wiedzy o swoim zachowaniu.

[TOC]

Charakterystyka ruchu ondulatory

Fale mają kilka charakterystycznych atrybutów, które możemy grupować zgodnie z ich naturą:

• Charakterystyka przestrzenna, które odnoszą się do formy.
• Charakterystyka tymczasowa lub czas trwania.

Spójrzmy na schematyczne przedstawienie prostej fali jako okresowej sukcesji grzbietów i dolin. Rysunek reprezentuje nieco ponad jeden cykl lub co jest takie samo: pełna oscylacja.

Elementy fali. Źródło: f. Zapata.

Cechy przestrzenne fal

Te elementy są wspólne dla wszystkich fal, w tym światło i dźwięk.

• Herb: Najwyższa pozycja.
• Dolina: Najniższy.
• Węzeł: punkt, w którym fala przecina pozycję równowagi. Na rysunku znajduje się segmentowana linia lub oś pozioma.
• Długość fali: oznaczone grecką literą λ (lambda) to odległość między dwoma kolejnymi grzbietami lub między jednym punktem a jednym, który ma tę samą wysokość, ale następnego cyklu.
• Wydłużenie: Jest to pionowa odległość między punktem falowym a pozycją równowagi.
• Amplituda: to maksymalne wydłużenie.

Tymczasowe cechy fal

• Okres, Czas, który trwa pełny cykl.
• Częstotliwość: Liczba fal wyprodukowanych na jednostkę czasu. Jest to odwrotnie lub wzajemne okres.
• Prędkość: Jest definiowany jako iloraz między długością fali a okresem. Jeśli jesteś oznaczony jako V, w sposób matematyczny ten związek jest:

V = λ /t

Rodzaje fal

Istnieją różne rodzaje fal, ponieważ są one sklasyfikowane zgodnie z kilkoma kryteriami, na przykład można je zaklasyfikować zgodnie z:

• Kierunek, który niesie zakłócenia.
• Medium, w którym się rozprzestrzeniają.
• Kierunek, w którym cząsteczki ośrodka oscylują.

Może ci służyć: błąd względny: wzory, jak się obliczane, ćwiczenia

Fala może być w kilku typach jednocześnie, jak zobaczymy poniżej:

- Fale zgodnie z oscylacją pożywki

Cząstki, które składają się na medium, mają zdolność reagowania na kilka sposobów na zakłócenia, w ten sposób powstają:

Fale krzyżowe

W fali poprzecznej zakłócenia propaguje się prostopadle do kierunku, w którym cząsteczki oscylują. Źródło: Wikimedia Commons.

Cząstki średnich zasięgu w kierunku prostopadłym do tego. Na przykład, jeśli mamy poziomą linę, która jest zaburzona na jednym końcu, cząstki wahają się od góry do dołu, podczas gdy zaburzenia porusza się poziomo.

Fale elektromagnetyczne również poruszają się w ten sposób, niezależnie od tego, czy robią to w środowisku materialnym.

Fale wzdłużne

Propagacja porusza się w tym samym kierunku, w którym cząstki pożywki to robią. Najbardziej znanym przykładem jest dźwięk, w którym zaburzenia dźwięku ściska i rozszerza powietrze, gdy się przesuwa, powodując poruszanie się cząsteczki z jednej strony na drugą.

- Fale według medium, w którym się propagują

Fale mechaniczne

Fale sejsmiczne to fale mechaniczne

Zawsze wymagają do rozprzestrzeniania się pożywki materialnej, które może być stałe, ciekłe lub gazowe. Dźwięk jest również przykładem fali mechanicznej, a także fal występujących w napiętych linach instrumentów muzycznych i tych, które rozprzestrzeniają się na całym świecie: fale sejsmiczne.

Fale elektromagnetyczne

Fale elektromagnetyczne mogą rozprzestrzeniać się w próżni. W oscylacji nie ma cząstek, ale pola elektryczne i magnetyczne wzajemnie prostopadłe, a jednocześnie prostopadle z kierunkiem propagacji.

Widmo częstotliwości elektromagnetycznej jest bardzo szerokie, ale ledwo postrzegamy z naszymi zmysłami wąski pasek długości fali: widmo widzialne.

- Fale zgodnie z kierunkiem propagacji

Zgodnie z adresem propagacji fale mogą być:

• Jednoznaczny
• Dwa -wymiarowe
• Trzy -wymiarowe

Jeśli mamy napiętą linę, zakłócenia przechodzi przez cały czas, to znaczy w wymiarze. Występuje również, gdy elastyczna sprężyna lub sprężyna jest zakłócona tak jak Slinky.

Ale istnieją fale poruszające się na powierzchni, takie jak powierzchnia wody, gdy kamień jest wyrzucony na staw lub te, które rozprzestrzeniły się w skórce Ziemi, w tym przypadku mówi się o dwóch -wymiarowych falach.

Wreszcie, istnieją fale poruszające się ciągle we wszystkich kierunkach przestrzeni, takie jak dźwięk i światło.

- Fale zgodnie z jego rozszerzeniem

Fale mogą rozprzestrzeniać się wzdłuż dużych przedłużeń, takich jak fale lekkie, dźwięki i fale sejsmiczne. Zamiast tego inne są ograniczone do mniejszego regionu. Dlatego są również klasyfikowane jako:

Może ci służyć: jakie są właściwości termiczne i jakie są? (Z przykładami)

-Fale podróżne

-Stojące fale.

Fale podróżne

Kiedy fala rozprzestrzenia się z źródła i nie wraca do niej, masz falę podróżną. Dzięki im słuchamy. Czy to przy stałej prędkości 300.000 km/s.

Stojące fale

W przeciwieństwie do fali podróżujących, fale stacjonarne poruszają się w ograniczonym regionie, na przykład zakłócenia w linie instrumentu muzycznego jak gitara.

Fale harmoniczne

Fale harmoniczne charakteryzują się cyklicznym lub okresowym. Oznacza to, że zakłócenia powtarza się w każdym stałym przedziale czasowym, nazywane okres fali.

Fale harmoniczne mogą być matematycznie modelowanie za pomocą funkcji sinus i cosinus.

Fale nieodporodowe

Jeśli zakłócenia nie jest powtarzane w każdym przedziale czasowym, fala nie jest harmonijna, a jej modelowanie matematyczne jest znacznie bardziej złożone niż fale harmoniczne.

Przykłady ruchu ondulatory

Natura przedstawia nam przykłady ruchu nierozpuszczającego przez cały czas, czasem jest to oczywiste, ale czasem nie, jak w przypadku światła: skąd wiemy, że porusza się jak fala?

Od stulecia omawiany jest pofałdowany charakter światła. W ten sposób Newton był przekonany, że światło było przepływem cząstek, podczas gdy Thomas Young na początku XIX wieku pokazał, że zachowywał się jak fala.

Wreszcie, sto lat później Einstein powiedział, dla wszystkich spokoju, że światło było podwójne: fala i cząsteczka jednocześnie, w zależności od tego, czy jego propagacja jest badana lub sposób interakcji z materią.

Nawiasem mówiąc, to samo dotyczy elektronów w atomie, są również podwójnymi bytami. Są to cząsteczki, ale doświadczają również wyłącznych zjawisk fal, takich jak dyfrakcja, na przykład.

Zobaczmy teraz kilka codziennych przykładów oczywistego ruchu fali:

Dok

Miękka wiosna, wiosna lub Slinky Składa się z spiralnej sprężyny, z którą można wizualizować fale podłużne i poprzeczne, w zależności od sposobu zakłócania jednego z jego końców.

Struny instrumentów muzycznych

Klikając instrument, taki jak gitara lub harfa, fale stacjonarne przychodzą i przechodzą między końcami liny. Dźwięk liny zależy od jego grubości i napięcia, do którego jest poddawany.

Im bardziej napięte jest lina, tym łatwiej jest się dla niego rozprzestrzeniać, w taki sam sposób, gdy lina jest cieńsza. Można wykazać, że kwadrat prędkości fali v² Jest podany przez:

Może ci służyć: energia wewnętrzna

v² = T / μ

Gdzie t jest napięciem w linie, a μ jest gęstością liniową tego samego, to znaczy masy na jednostkę długości.

Głos

Mamy struny wokalne, z którymi dźwięki są emitowane do komunikacji. Jego wibracja jest postrzegana przez kładąc palce na gardle podczas mówienia.

Fale morskie

Rozprzestrzeniły się w ciałach oceanicznych na granicy między wodą a powietrzem i pochodzą z wiatrów, które powodują kołysanie małych części płynnych.

Fluktuacje te są wzmacniane przez działanie kilku sił oprócz wiatru: tarcie, napięcie powierzchniowe w cieczy i zawsze obecna siła grawitacji.

Fale sejsmiczne

Ziemia nie jest ciałem statycznym, ponieważ istnieją zakłócenia przemieszczające się przez różne warstwy. Są postrzegane jako drżenie i czasami, kiedy transportują dużo energii, jako trzęsienia ziemi zdolne do spowodowania wielu uszkodzeń.

Struktura atomu

Nowoczesne teorie atomowe wyjaśniają strukturę atomu poprzez analogię z falami stacjonarnymi.

Rozwiązane ćwiczenia

Ćwiczenie 1

Fala dźwiękowa ma długość fali równą 2 cm i rozprzestrzenia się z prędkością 40 cm w 10 s.

Oblicz:

a) Twoja prędkość

a) Okres

b) Częstotliwość

Rozwiązanie

Możemy obliczyć prędkość fali z dostarczanymi danymi, ponieważ rozprzestrzenia się z prędkością 40 cm w 10 s, dlatego:

V = 40 cm / 10 s = 4 cm / s

Rozwiązanie b

Wcześniej związek między prędkością, długością fali i okresem, taki jak:

V = λ /t

Dlatego okres to:

T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0.5 s.

Rozwiązanie c

Ponieważ częstotliwość jest odwrotnością okresu:

F = 1 / t = 1/0.5 s = 2 s^-1

Odwrotność sekundy lub s^-1 Nazywa się Hertz lub Hertzio i skrócony HZ. Niemiecki fizyk Heinrich Hertz (1857–1894) został podany na cześć, który odkrył sposób produkcji fal elektromagnetycznych.

Ćwiczenie 2

Lina jest napięta pod działaniem siły 125 n. Jeśli twoja gęstość liniowa μ wynosi 0.0250 kg/m, jaka będzie prędkość propagacji fali?

Rozwiązanie

Wcześniej widzieliśmy, że prędkość zależy od napięcia i gęstości liniowej liny, takich jak:

v² = T / μ

Dlatego:

v² = 125 N / 0.0250 kg/m = 5000 (m/s)²

Biorąc pierwiastek kwadratowy tego wyniku:

V = 70.7 m/s

Bibliografia

1. Giancoli, zm.  2006. Fizyka: zasady z aplikacjami. 6th. Ed Prentice Hall.
2. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna nauka fizyczna. 5. Wyd. osoba.
3. Sears, Zemansky. 2016. Fizyka uniwersytecka z nowoczesną fizyką. 14. Wyd. Tom 1. osoba.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizyka nauk i inżynierii. Tom 1. 7th. Wyd. Cengage Learning.
5. Tipler, str. (2006) Physics for Science and Technology. Ed. Tom 1. Redakcja Reverted.