Članci o formuli definicije i vrstama mehaničkih valova
DEFINICIJA MEHANIČKIH VALOVA
Ako držite jedan kraj užeta i vibrirate njime gore-dolje, pojavit će se val koji se širi duž užeta. Ili ako ispustite kamen u vodu, valovi će se pojaviti na površini vode. Uže i voda osciliraju samo gore-dolje, ne kreću se horizontalno. Valovi na užetu i valovi u vodi su primjeri mehaničkih valova.
Mehanički valovi su valovi koji putuju kroz medij. Primjeri mehaničkih valova su valovi na užadima ili strunama, valovi u vodi, zvučni valovi koji se šire u zračnom mediju i valovi zemljotresa koji se šire u tlu. Valovi mogu putovati na velike udaljenosti dok se medij kroz koji valovi vibriraju nalazi oko tačke ravnoteže.
VRSTE MEHANIČKIH VALOVA
Na osnovu svog oblika, mehanički talasi se dijele na dvije vrste, a to su transverzalni talasi i longitudinalni talasi.
Transverzalni valovi su valovi koji nastaju kada je smjer kretanja valova okomit na smjer kretanja čestice. Na primjer, valovi na užetu, valovi na vodi.
Ako se valovi u struni kreću u horizontalnom smjeru, čestice u struni kreću se u vertikalnom smjeru. Slično tome, ako se valovi vode kreću u horizontalnom smjeru, čestice vode kreću se u vertikalnom smjeru.
Longitudinalni valovi su valovi koji nastaju kada je smjer kretanja valova paralelan smjeru kretanja čestica. Na primjer, valovi u oprugama i zvučni valovi u zraku.
Ako se val na opruzi kreće u horizontalnom smjeru, tada se gustoća i naprezanje koji se formiraju u opruzi također kreću naprijed-nazad u horizontalnom smjeru.
Slično tome, ako se zvučni val kreće u vertikalnom smjeru, zrak se skuplja i rasteže u vertikalnom smjeru.
Zemljotresni talasi se sastoje od transverzalnih talasa (nazvanih smičući talasi) i longitudinalnih talasa (nazvanih talasi pritiska).
FORMULA MEHANIČKIH VALOVA
Formula transverzalnog vala
Za opisivanje valova koristi se nekoliko veličina, naime amplituda (A), frekvencija (f), period (T) i brzina valova (v).
Amplituda je maksimalno odstupanje. Period je vremenski interval dva uzastopna vrha/doline vala koji prolaze kroz istu tačku u prostoru. Frekvencija je broj vrhova/dolina koji prolaze kroz istu tačku po jedinici vremena.
Mehanički valovi se kreću određenom brzinom. Formula za brzinu valova je:
v = λ f = λ/T
v = brzina talasa, λ = talasna dužina, f = frekvencija, T = period.
Međunarodna jedinica za talasnu dužinu je metar, jedinica za frekvenciju je herc, a jedinica za period je sekunda. Jedinica za brzinu talasa je metar/sekunda.
Primjer problema:
Transverzalni val na žici ima frekvenciju od 2 Hz (2 vrha vala prolaze kroz istu tačku u prostoru, tokom 1 sekunde) i ima talasnu dužinu od 3 metra (udaljenost između dva najbliža vrha je 2 metra). Kolika je brzina vala?
Poznato:
Frekvencija (f) = 2 Hz
Talasna dužina (λ) = 3 metra
Traži se: Brzina (v)
rješenje:
v = λ f = 3 (2) = 6 m/s
Brzina transverzalnog talasa u mediju zavisi od prirode medija kroz koji prolazi. Na primjer, brzina talasa na žici (konopcu, struni) zavisi od zategnutosti strune (FT) i gustine mase strune (mase strune po jedinici dužine).
Primjer problema:
Val ima dužinu od 1 metra i širi se po žici dugačkoj 100 metara i masi od 2 kg. Napetost užeta je 200 N. Kolika je brzina valova u užetu?
Poznato:
Talasna dužina (λ) = 1 metar
Dužina užeta (L) = 100 metara
Masa užeta (m) = 2 kg
Napetost užeta (T) = 200 N
Traži se: Brzina talasa na žici (v)
rješenje:
Formula longitudinalnog talasa
Brzina longitudinalnih valova u mediju zavisi od prirode medija kroz koji prolazi. Brzina longitudinalnih valova koji se šire po čvrstim štapovima izračunava se pomoću formule:
v = brzina talasa, E = Youngov modul elastičnosti, ρ = gustina
Primjer problema:
Izračunajte brzinu zvučnog talasa koji se kreće duž čelične šine. Young-Steelov modul elastičnosti = 2 x 10^ 11 N/m² , a gustina čelika = 7.8 x 10^ 3 kg/ m³
Poznato:
Modul elastičnosti čelika (E) = 2 x 10^ 11 N/ m²
Gustoća čelika (ρ) = 7.8 x 10³ kg / m³
Traži se: Brzina zvučnih talasa
rješenje:
Brzina longitudinalnih talasa koji se šire u tečnostima i gasovima izračunava se pomoću formule: v = brzina talasa, B = modul stišljivosti, ρ = gustina
Primjer problema:
Kolika je brzina longitudinalnih talasa kada se šire kroz vodu?
Modul elastičnosti vode u rasutom stanju (B) = 2 x 109 N / m2
Gustoća vode (ρ) = 1000 kg/ m³
rješenje:
Brzina longitudinalnog talasa pri širenju u vodi:
