Articles sobre la fórmula de definició i els tipus d'ones mecàniques
DEFINICIÓ D'ONES MECÀNIQUES
Si agafeu un extrem de la corda i el feu vibrar amunt i avall, apareix una ona que es propaga al llarg de la corda. O si deixeu caure una pedra a l'aigua, apareixeran ones a la superfície de l'aigua. La corda i l'aigua només oscil·len amunt i avall, no es mouen horitzontalment. Les ones en una corda i les ones a l'aigua són exemples d'ones mecàniques.
Les ones mecàniques són ones que viatgen a través d'un medi. Exemples d'ones mecàniques són les ones en cordes o fils, les ones a l'aigua, les ones sonores que es propaguen en el medi aeri i les ones sísmiques que es propaguen en el medi sòl. Les ones poden viatjar llargues distàncies mentre que el medi a través del qual vibren les ones es troba al voltant del punt d'equilibri.
TIPUS D'ONES MECÀNIQUES
Segons la seva forma, les ones mecàniques es divideixen en dos tipus: ones transversals i ones longitudinals.
Les ones transversals són ones que es produeixen quan la direcció del moviment de l'ona és perpendicular a la direcció del moviment de les partícules. Per exemple, ones sobre una corda, ones sobre l'aigua.
Si les ones de la corda es mouen en direcció horitzontal, les partícules de la corda es mouen en direcció vertical. De la mateixa manera, si les ones d'aigua es mouen en direcció horitzontal, les partícules d'aigua es mouen en direcció vertical.
Les ones longitudinals són ones que es produeixen quan la direcció del moviment de l'ona és paral·lela a la direcció del moviment de les partícules. Per exemple, les ones a les molles i les ones sonores a l'aire.
Si l'ona de la molla es mou en direcció horitzontal, la densitat i la deformació que es forma a la molla també es mouen endavant i enrere en direcció horitzontal.
De la mateixa manera, si l'ona sonora es mou en direcció vertical, l'aire es contrau i s'estira en direcció vertical.
Les ones sísmiques consten d'ones transversals (anomenades ones de cisallament) i ones longitudinals (anomenades ones de pressió).
FÓRMULA D'ONES MECÀNIQUES
Fórmula d'ona transversal
Per descriure les ones s'utilitzen diverses magnituds, com ara l'amplitud (A), la freqüència (f), el període (T) i la velocitat de l'ona (v).
L'amplitud és la desviació màxima. El període és l'interval de temps de dues crestes/valls d'ona successives que passen pel mateix punt de l'espai. La freqüència és el nombre de pics/valls que passen pel mateix punt per unitat de temps.
Les ones mecàniques es mouen a una velocitat determinada. La fórmula de la velocitat de l'ona és:
v = λ f = λ/T
v = velocitat de l'ona, λ = longitud d'ona, f = freqüència, T = període.
La unitat internacional de longitud d'ona és el metre, la unitat de freqüència és el hertz i la unitat de període és el segon. La unitat de velocitat de l'ona és el metre/segon.
Problema de mostra:
Una ona transversal en una corda té una freqüència de 2 Hz (2 crestes d'ona passen pel mateix punt a l'espai durant 1 segon) i té una longitud d'ona de 3 metres (la distància entre les dues crestes més properes és de 2 metres). Quina és la velocitat de l'ona?
Conegut:
Freqüència (f) = 2 Hz
Longitud d'ona (λ) = 3 metres
Es busca: Velocitat (v)
Solució:
v = λ f = 3 (2) = 6 m/s
La velocitat d'una ona transversal en un medi depèn de la naturalesa del medi pel qual passa. Per exemple, la velocitat de l'ona en una corda (corda, cordill, filferro) depèn de la tensió de la corda (FT) i de la densitat de massa de la corda (la massa de la corda per unitat de longitud).
Problema de mostra:
Una ona té una longitud d'1 metre i es propaga per una corda de 100 metres de llargada i una massa de 2 kg. La tensió de la corda és de 200 N. Quina és la velocitat de les ones a la corda?
Conegut:
Longitud d'ona (λ) = 1 metre
La longitud de la corda (L) = 100 metres
La massa de la corda (m) = 2 kg
La tensió a la corda (T) = 200 N
Es busca: Velocitat de les ones en una corda (v)
Solució:
La fórmula de l'ona longitudinal
La velocitat de les ones longitudinals en un medi depèn de la naturalesa del medi pel qual passen. La velocitat de les ones longitudinals que es propaguen sobre barres sòlides es calcula mitjançant la fórmula:
v = velocitat de l'ona, E = mòdul elàstic de Young, ρ = densitat
Problema de mostra:
Calcula la velocitat de l'ona sonora que viatja al llarg del carril d'acer. El mòdul d'elasticitat de Young Steel = 2 x 10 11 N/m 2 i la densitat de l'acer = 7.8 x 10 3 kg/m 3
Conegut:
El mòdul elàstic de l'acer (E) = 2 x 10 11 N/m 2
Densitat de l'acer (ρ) = 7.8 x 10³ kg / m³
Es busca: Velocitat de les ones sonores
Solució:
La velocitat de les ones longitudinals que es propaguen en líquids i gasos es calcula mitjançant la fórmula: v = velocitat de l'ona, B = mòdul volumètric, ρ = densitat
Problema de mostra:
Quina és la velocitat de les ones longitudinals quan viatgen a través de l'aigua?
Mòdul de l'aigua a granel (B) = 2 x 10 9 N/m 2
La densitat de l'aigua (ρ) = 1000 kg/ m³
Solució:
Velocitat de propagació de l'ona longitudinal en l'aigua:
