波の伝播速度は、以下の一般式を用いて求めることができる。
数式の説明:
v = 波の伝播速度(単位はメートル/秒)
T = 波の周期 = 波が1波長を伝わるのに要する時間(単位は秒)
f = 周波数 = 1秒間に同じ点を通過する波長の数(単位は1/秒 = ヘルツ)
ラムダ=波長(単位はメートル)
上記の式はどこから来たのでしょうか?おそらく、速度の公式 v = s / t を覚えているでしょう。ここで、v は速度、s は移動距離、t は時間間隔です。これは、直線運動のトピックで学習した物体の速度の公式です。
波の動きに合わせて調整すると、移動距離は波長と等しくなり、時間間隔は周期(T = 1/f)または周波数(f = 1/T)と等しくなります。
ロープ上の波の伝播速度
弦やロープを伝わる波は横波であり、次の式を用いて計算されます。
数式の説明:
v = ロープ上の波の速度(単位はメートル/秒)
F = ロープの張力 (単位: kg m/s)2 (別名ニュートン)
Myu = 弦の質量密度 = 弦の単位長さあたりの質量(単位はキログラム/メートル)
上記の式に基づくと、ロープ上の波の速度は、ロープの張力とロープの単位長さあたりの質量に依存すると結論付けられる。この式の導出方法は、式の導出過程において学ぶことができる。 ロープ上の波の伝播速度.
音波の速度
音波は縦波であり、様々な媒体を伝播します。音波が伝わる媒体は数多くあり、空気、水、壁などが挙げられます。音波の伝播速度は、伝わる媒体の特性に依存します。これは、ロープにおける横波の伝播速度がロープの特性に依存するのと同様です。
音波が空気や水などの流体中を伝わる場合、音速は次の式を用いて計算されます。
数式の説明:
v = 音波の速度
B = 体積弾性率
ρ = 密度
音波が長い固体の棒を伝わる場合、音速は次の式で計算されます。
数式の説明:
Y = ヤング率
電磁波の速度
電磁波の速度(光波の速度)は 3,00 x 10 です8 MS。
弦上の波の伝播速度
弦における横波の速度に影響を与える要因
機械波の速度は、それが伝わる媒体の性質のみに依存します。海の波の速度は海の性質に依存し、音波の速度はそれが通過する空気の性質に依存します。同様に、弦における波の速度は弦の性質に依存します。これを明確にするために、まず弦における波の速度に影響を与える要因を調べる実験を行いましょう。
実験の結果、弦上の波の速度は、弦の張力と単位長さあたりの質量に依存することが明らかになった。張力が大きいほど(弦が張っているほど)、波は速く伝わる。逆に、弦の質量が大きいほど、波は遅く伝わる。
弦における横波の速度の公式の導出
弦上の波の速度に関する公式の導出は、弦上の波の伝播速度に影響を与える要因を数学的に証明したものである。
弦を右方向に伝わる波またはパルスの頂点を考えてみましょう(上の図)。パルスの画像が拡大され、波の頂点が通過する弦に作用する弦の張力Fの画像が添えられています(下の図)。
各弦の張力(F)は水平方向(F)で表されますx)および垂直方向(F)y両方の力Fx 大きさが同じで方向が反対なので、互いに打ち消し合います。代わりに、2つのF力が存在します。y 円の中心に向かって。
垂直方向の各力の大きさ(F)y):
円の中心に向かう合力
弦楽器の集会
ニュートンの等速円運動に関する第二法則
数式の説明:
v = 弦上の波の速度 (m/s)
F = 弦の張力(ニュートン)
myu = 弦の質量密度 = 弦の単位長さあたりの質量 (kg/m)
上記の式に基づくと、波の速度は弦の張力に比例し、弦の単位長さあたりの質量に反比例することが結論付けられます。したがって、弦が張られているほど波は速くなり、弦の質量が大きいほど波は遅くなります。