Velocità di propagazione di un fattore d'onda e come viene misurato

il velocità di propagazione di un'onda è la grandezza che misura la velocità alla quale il disturbo dell'onda si propaga lungo il suo spostamento. La velocità con cui l'onda si propaga dipende dal tipo di onda e dal mezzo attraverso il quale si propaga.

Logicamente, non si muoverà alla stessa velocità di un'onda che si muove attraverso l'aria che quella che attraversa la terra o il mare. Allo stesso modo, un'onda sismica, un suono o una luce non avanzano alla stessa velocità. Ad esempio, nel vuoto le onde elettromagnetiche si propagano alla velocità della luce; cioè a 300.000 km / s.

Nel caso del suono nell'aria, la sua velocità di propagazione è di 343 m / s. In generale, per le onde meccaniche, la velocità attraverso un materiale dipende principalmente da due delle caratteristiche del mezzo: la sua densità e la sua rigidità. In ogni caso, la velocità è generalmente correlata al valore della lunghezza d'onda e del periodo.

La relazione può essere espressa matematicamente dal rapporto: v = λ / T, dove v è la velocità della forma d'onda misurata in metri al secondo, λ è la lunghezza d'onda in metri e T è il periodo misurato in secondi.

indice

• 1 Come viene misurato?
• 2 fattori da cui dipende
  • 2.1 Velocità di propagazione delle onde trasversali su una corda
  • 2.2 Velocità di propagazione del suono
  • 2.3 Velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche
• 3 esercizi risolti
  • 3.1 Primo esercizio
  • 3.2 Secondo esercizio
• 4 riferimenti

Come viene misurato?

Come accennato in precedenza, in generale la velocità di un'onda è determinata dalla sua lunghezza d'onda e dal suo periodo.

Pertanto, poiché il periodo e la frequenza di un'onda sono inversamente proporzionali, si può anche affermare che la velocità dipende dalla frequenza dell'onda.

Queste relazioni possono essere espresse matematicamente in questo modo:

v = λ / T = λ ∙ f

In questa espressione, f è la frequenza dell'onda misurata in Hz.

Tale relazione è solo un altro modo di esprimere la relazione tra velocità, spazio e tempo: v = s / t, dove s rappresenta lo spazio percorso da un corpo in movimento.

Pertanto, per conoscere la velocità con cui un'onda si propaga è necessario conoscere la sua lunghezza d'onda e il suo periodo o la sua frequenza. Da quanto sopra, è chiaro che la velocità non dipende né dall'energia dell'onda né dalla sua ampiezza.

Ad esempio, se si vuole misurare la velocità di propagazione di un'onda lungo una corda, può essere fatto determinando il tempo necessario un disturbo per viaggiare da un punto all'altro della corda.

Fattori da cui dipende

In definitiva, la velocità di propagazione di un'onda dipende sia dal tipo di onda che dalle caratteristiche del mezzo attraverso il quale si muove. Di seguito sono riportati alcuni casi specifici.

Velocità di propagazione delle onde trasversali su una corda

Un esempio molto semplice e molto grafico per capire quali sono i fattori su cui normalmente dipende la velocità di un'onda è quella delle onde trasversali che avanzano lungo una corda.

La seguente espressione consente di determinare la velocità di propagazione per queste onde:

v = √ (T / μ)

In questa espressione μ è la densità lineare in chilogrammi per metro e T è la tensione della corda.

Velocità di propagazione del suono

Il suono è un caso particolare di onda meccanica; quindi, richiede un mezzo per muoversi, non essere in grado di farlo nel vuoto.

La velocità con cui il suono viaggia attraverso un mezzo materiale sarà una funzione delle caratteristiche del mezzo attraverso il quale viene trasmessa: temperatura, densità, pressione, umidità, ecc.

Il suono viaggia più velocemente nei corpi allo stato solido che nei liquidi. Allo stesso modo, avanza più velocemente nei liquidi che nei gas, quindi viaggia più velocemente nell'acqua che nell'aria

In particolare, la sua velocità di propagazione nell'aria è di 343 m / s quando si trova a una temperatura di 20 ºC.

Velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche, che sono un tipo di onde trasversali, si propagano nello spazio. Pertanto, non richiedono un mezzo per muoversi: possono viaggiare nel vuoto.

onde elettromagnetiche viaggiano a circa 300 000 km / s (velocità della luce), anche se, a seconda della loro velocità, sono raggruppati in intervalli di frequenza compongono quello che viene chiamato spettro elettromagnetico.

Esercizi risolti

Primo esercizio

Calcola la velocità alla quale un'onda trasversale si propaga attraverso una fune lunga 6 m, se la tensione della fune è di 8 N e la sua massa totale è di 12 kg.

soluzione

La prima cosa che deve essere calcolata è la densità lineare della stringa:

μ = 12/6 = 2 kg / m

Una volta fatto, è già possibile determinare la velocità di propagazione, per cui è sostituito nell'espressione:

v = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Secondo esercizio

È noto che la frequenza della nota musicale è 440 Hz.Determina la sua lunghezza d'onda sia nell'aria che nell'acqua, sapendo che nell'aria la sua velocità di propagazione è di 340 m / s, mentre nell'acqua raggiunge i 1400 m / s.

soluzione

Per calcolare la lunghezza d'onda che cancelliamo λ della seguente espressione:

v = λ ∙ f

Ottieni:λ = v / f

Sostituendo i dati della dichiarazione, arriviamo ai seguenti risultati:

λ _aria = 340/440 = 0,773 m

λ _acqua = 1400/440 = 3,27 m

riferimenti

1. Wave (n.d.). In Wikipedia Estratto il 19 maggio 2018 da es.wikipedia.org.
2. Velocità di fase (n.d.). In Wikipedia Estratto il 19 maggio 2018 da en.wikipedia.org.
3. Velocità del suono (n.d.). In Wikipedia Estratto il 19 maggio 2018 da en.wikipedia.org.
4. Fidalgo Sánchez, José Antonio (2005).Fisica e Chimica. Everest
5. David C. Cassidy, Gerald James Holton, Floyd James Rutherford (2002).Comprensione fisica. Birkhäuser.
6. Francese, A.P. (1971).Vibrations and Waves (M.I.T. Introductory Physics Series). Nelson Thornes.
7. Crawford jr., Frank S. (1968). Waves (Berkeley Physics Course, Vol. 3), McGraw-Hill.