Скорость распространения волны можно определить, используя общую формулу:
Описание формулы:
v = скорость распространения волны (единицы измерения: метры/секунду)
T = период волны = время, необходимое волне для прохождения одной длины волны (единицы измерения — секунды).
f = частота = количество длин волн, проходящих через одну и ту же точку за одну секунду (единица измерения: 1 / секунда = герц)
лямбда = длина волны (единицы измерения — метры)
Откуда берется приведенная выше формула? Вы, вероятно, помните формулу скорости v = s / t, где v = скорость, s = пройденное расстояние, а t = интервал времени. Это формула для скорости объекта, изучаемая в теме линейного движения.
Если скорректировать параметры в соответствии с движением волны, то пройденное расстояние будет равно длине волны, а временной интервал — периоду (T = 1/f) или частоте (f = 1/T).
Скорость распространения волны на канате
Волны, распространяющиеся по струнам или канатам, являются поперечными волнами, которые рассчитываются по формуле:
Описание формулы:
v = скорость распространения волны на канате (единицы измерения: метры/секунду)
F = сила натяжения каната (единицы измерения: кг·м/с²).2 (он же Ньютон)
Мю = плотность массы струны = масса на единицу длины струны (единицы измерения: килограммы/метры)
Исходя из приведенной выше формулы, можно заключить, что скорость распространения волны на канате зависит от силы натяжения каната и массы на единицу длины каната. Как была получена эта формула, можно узнать из вывода формулы. скорость распространения волны на веревке.
Скорость звуковых волн
Звуковые волны — это продольные волны, распространяющиеся через различные среды. Существует множество сред, через которые могут распространяться звуковые волны, включая воздух, воду, стены и т. д. Скорость распространения звуковых волн зависит от свойств среды, через которую они распространяются, так же как скорость распространения поперечных волн в веревке зависит от свойств самой веревки.
Если звуковые волны распространяются в жидкости, такой как воздух или вода, скорость звука рассчитывается по формуле
Описание формулы:
v = скорость звуковых волн
B = объемный модуль упругости
ро = плотность
Если звуковая волна распространяется через длинный сплошной стержень, скорость звука рассчитывается по формуле
Описание формулы:
Y = модуль Юнга
Скорость электромагнитных волн
Скорость электромагнитных волн (скорость световых волн) составляет 3,00 x 10¹⁰.8 РС.
Скорость распространения волны на струне
Факторы, влияющие на скорость поперечных волн в струнах.
Скорость механической волны зависит только от свойств среды, через которую она распространяется. Скорость морских волн зависит от природы моря, скорость звуковых волн зависит от природы воздуха, через который они проходят. Аналогично, скорость волн в струне зависит от свойств струны. Чтобы это прояснить, сначала проведём эксперимент по исследованию факторов, влияющих на скорость волн в струне.
На основе проведенных экспериментов был сделан вывод, что скорость волны на струне зависит от силы натяжения струны и массы на единицу длины струны. Чем больше сила натяжения (чем туже натянута струна), тем быстрее движется волна. И наоборот, чем больше масса струны, тем медленнее движется волна.
Вывод формулы для скорости поперечных волн в струнах
Вывод формулы для скорости распространения волн на струнах представляет собой математическое доказательство факторов, влияющих на скорость распространения волн на струнах.
Рассмотрим гребень волны или импульса, движущегося вправо по струне (верхнее изображение). Изображение импульса увеличено, и к нему прилагается изображение силы натяжения струны F, действующей на струну, через которую проходит пик волны (нижнее изображение).
Сила натяжения каждой струны (F) описывается в горизонтальном направлении (F).x) и вертикальное направление (F)yОбе силы Fx Имеют одинаковую величину и противоположные направления, поэтому компенсируют друг друга. Вместо этого действуют две силы F.y к центру круга.
Величина каждой силы в вертикальном направлении (F)y):
Результирующая сила направлена к центру окружности.
Струнное массовое собрание
Второй закон Ньютона для равномерного кругового движения
Описание формулы:
v = скорость волны на струне (м/с)
F = сила натяжения струны (Ньютон)
myu = плотность массы струны = масса на единицу длины струны (кг/м)
Исходя из приведенного выше уравнения, можно заключить, что скорость волны пропорциональна натяжению струны и обратно пропорциональна массе на единицу длины струны. Следовательно, чем натянута струна, тем быстрее волна, и чем больше масса струны, тем медленнее волна.
