Formula de definiție și tipurile de unde mecanice

Articole despre formula de definiție și tipurile de unde mecanice

DEFINIȚIA UNDELOR MECANICE

Dacă țineți un capăt al frânghiei și îl vibrați în sus și în jos, apare o undă care se propagă de-a lungul frânghiei. Sau dacă aruncați o piatră în apă, vor apărea valuri la suprafața apei. Frânghia și apa oscilează doar în sus și în jos, nu se mișcă orizontal. Undele pe o frânghie și undele în apă sunt exemple de unde mecanice.

Undele mecanice sunt unde care se propagă printr-un mediu. Exemple de unde mecanice sunt undele pe frânghii sau corzi, undele în apă, undele sonore care se propagă în mediul aerian și undele cutremure care se propagă în mediul sol. Undele pot călători pe distanțe lungi, în timp ce mediul prin care vibrează undele se află în jurul punctului de echilibru.

TIPURI DE UNDELE MECANICE

În funcție de forma lor, undele mecanice sunt de două tipuri, și anume unde transversale și unde longitudinale.

Undele transversale sunt unde care apar atunci când direcția mișcării undei este perpendiculară pe direcția mișcării particulelor. De exemplu, unde pe o frânghie, unde pe apă.

Dacă undele din coardă se mișcă pe orizontală, particulele din coardă se mișcă pe verticală. În mod similar, dacă undele apei se mișcă pe orizontală, particulele de apă se mișcă pe verticală.

Undele longitudinale sunt unde care apar atunci când direcția mișcării undei este paralelă cu direcția mișcării particulelor. De exemplu, undele în arcuri și undele sonore în aer.

Dacă unda de pe arc se mișcă pe orizontală, atunci densitatea și deformarea care se formează în arc se mișcă, de asemenea, înainte și înapoi pe direcție orizontală.

În mod similar, dacă unda sonoră se mișcă în direcție verticală, aerul se contractă și se întinde în direcție verticală.

Undele cutremurelor sunt formate din unde transversale (numite unde de forfecare) și unde longitudinale (numite unde de presiune).

FORMULA UNDELOR MECANICE

Formula undei transversale

Mai multe mărimi sunt folosite pentru a descrie undele, și anume Amplitudinea (A), Frecvența (f), Perioda (T) și Viteza undei (v).

Amplitudinea este abaterea maximă. Perioada este intervalul de timp a două creste/văi succesive ale undei care trec prin același punct în spațiu. Frecvența este numărul de vârfuri/văi care trec prin același punct în unitatea de timp.

Undele mecanice se mișcă cu o anumită viteză. Formula vitezei undelor este:

v = λ f = λ/T

v = viteza undei, λ = lungime de undă, f = frecvență, T = perioadă.

Unitatea internațională pentru lungimea de undă este metrii, unitatea pentru frecvență este hertz, iar unitatea pentru perioadă este secunda. Unitatea pentru viteza undei este metri/secundă.

Exemplu de problemă:

O undă transversală pe o coardă are o frecvență de 2 Hz (2 creste de undă trec prin același punct în spațiu, timp de 1 secundă) și are o lungime de undă de 3 metri (distanța dintre cele două creste cele mai apropiate este de 2 metri). Care este viteza undei?

Cunoscut:

Frecvența (f) = 2 Hz

Lungime de undă (λ) = 3 metri

Se caută: Viteză (v)

Soluţie:

v = λ f = 3 (2) = 6 m/s

Viteza unei unde transversale într-un mediu depinde de natura mediului prin care trece. De exemplu, viteza undei pe o coardă (frânghie, sfoară, sârmă) depinde de tensiunea din coardă (FT) și de densitatea masei coardei (masa coardei pe unitatea de lungime).

Exemplu de problemă:

O undă are o lungime de 1 metru și se propagă pe o coardă lungă de 100 de metri și cu o masă de 2 kg. Tensiunea în frânghie este de 200 N. Care este viteza undelor în frânghie?

Cunoscut:

Lungimea de undă (λ) = 1 metru

Lungimea frânghiei (L) = 100 metri

Masa frânghiei (m) = 2 kg

Tensiunea în frânghie (T) = 200 N

Cerut: Viteza undelor pe o coardă (v)

Soluţie:

Formula undei longitudinale 

Viteza undelor longitudinale într-un mediu depinde de natura mediului prin care trece. Viteza undelor longitudinale care se propagă pe tije solide se calculează folosind formula:

v = viteza undei, E = modulul de elasticitate al lui Young, ρ = densitate

Exemplu de problemă:

Calculați viteza undei sonore care se deplasează de-a lungul șinei de oțel. Modulul de elasticitate al oțelului Young Steel este 2 x 10 ^{^11} N/m ^{^2} , iar densitatea oțelului este 7.8 x 10^ ³ kg/m ^{^3.}

Cunoscut:

Modulul de elasticitate al oțelului (E) = 2 x 10^ ¹¹ N/m ^{^2}

Densitatea oțelului (ρ) = 7.8 x 10³ ^kg / ^m³

Căutat: Viteza undelor sonore

Soluţie:

Viteza undelor longitudinale care se propagă în lichide și gaze se calculează folosind formula: v = viteza undei, B = modulul de compresibilitate, ρ = densitate

Exemplu de problemă:

Care este viteza undelor longitudinale când se propagă prin apă?

Modulul de elasticitate al apei în vrac (B) = 2 x 10⁶ ^N / ^m²

Densitatea apei (ρ) = 1000 kg/ ^m³

Soluţie:

Viteza undei longitudinale la propagarea în apă: