Članki o definicijski formuli in vrstah mehanskih valov
DEFINICIJA MEHANSKIH VALOV
Če primete en konec vrvi in jo vibrirate gor in dol, se pojavi val, ki se širi vzdolž vrvi. Če pa v vodo spustite kamen, se bodo na površini vode pojavili valovi. Vrv in voda nihata le gor in dol, ne premikata se vodoravno. Valovi na vrvi in valovi v vodi so primeri mehanskih valov.
Mehanski valovi so valovi, ki potujejo skozi medij. Primeri mehanskih valov so valovi na vrveh ali strunah, valovi v vodi, zvočni valovi, ki se širijo v zraku, in potresni valovi, ki se širijo v tleh. Valovi lahko potujejo na dolge razdalje, medtem ko je medij, skozi katerega valovi vibrirajo, okoli ravnotežne točke.
VRSTE MEHANSKIH VALOV
Glede na svojo obliko ločimo mehanske valove v dve vrsti, in sicer prečne valove in vzdolžne valove.
Prečni valovi so valovi, ki nastanejo, ko je smer gibanja valov pravokotna na smer gibanja delcev. Na primer valovi na vrvi, valovi na vodi.
Če se valovi v struni premikajo v vodoravni smeri, se delci v struni premikajo v navpični smeri. Podobno, če se vodni valovi premikajo v vodoravni smeri, se delci vode premikajo v navpični smeri.
Vzdolžni valovi so valovi, ki nastanejo, ko je smer gibanja valov vzporedna s smerjo gibanja delcev. Na primer valovi v vzmetih in zvočni valovi v zraku.
Če se val na vzmeti premika v vodoravni smeri, se tudi gostota in deformacija, ki nastaneta v vzmeti, premikata naprej in nazaj v vodoravni smeri.
Podobno se zrak, če se zvočni val premika v navpični smeri, krči in razteza v navpični smeri.
Potresni valovi so sestavljeni iz prečnih valov (imenovanih strižni valovi) in vzdolžnih valov (imenovanih tlačni valovi).
FORMULA MEHANSKIH VALOV
Formula prečnega vala
Za opis valov se uporablja več količin, in sicer amplituda (A), frekvenca (f), period (T) in hitrost valovanja (v).
Amplituda je največji odklon. Perioda je časovni interval dveh zaporednih valovnih vrhov/dolin, ki prehajata skozi isto točko v prostoru. Frekvenca je število vrhov/dolin, ki prehajajo skozi isto točko na časovno enoto.
Mehanski valovi se gibljejo z določeno hitrostjo. Formula za hitrost valov je:
v = λ f = λ/T
v = hitrost valovanja, λ = valovna dolžina, f = frekvenca, T = periodo.
Mednarodna enota za valovno dolžino je meter, enota za frekvenco je hertz, enota za periodo pa sekunda. Enota za hitrost valovanja je meter/sekundo.
Vzorec problema:
Prečni val na struni ima frekvenco 2 Hz (2 vrhova valov prehajata skozi isto točko v prostoru 1 sekundo) in valovno dolžino 3 metre (razdalja med dvema najbližjima vrhovoma je 2 metra). Kakšna je hitrost valovanja?
znano:
Frekvenca (f) = 2 Hz
Valovna dolžina (λ) = 3 metre
Zaželeno: Hitrost (v)
rešitev:
v = λ f = 3 (2) = 6 m/s
Hitrost prečnega vala v mediju je odvisna od narave medija, skozi katerega prehaja. Na primer, hitrost valovanja na vrvi (vrvi, struni, žici) je odvisna od napetosti v vrvi (FT) in masne gostote vrvi (mase vrvi na enoto dolžine).
Vzorec problema:
Val ima dolžino 1 metra in se širi po vrvi, ki je dolga 100 metrov in ima maso 2 kg. Napetost v vrvi je 200 N. Kolikšna je hitrost valov v vrvi?
znano:
Valovna dolžina (λ) = 1 meter
Dolžina vrvi (L) = 100 metrov
Masa vrvi (m) = 2 kg
Napetost vrvi (T) = 200 N
Zaželeno: Hitrost valov na vrvici (v)
rešitev:
Formula vzdolžnega vala
Hitrost vzdolžnih valov v mediju je odvisna od narave medija, skozi katerega prehajajo. Hitrost vzdolžnih valov, ki se širijo po trdnih palicah, se izračuna po formuli:
v = hitrost valovanja, E = Youngov elastični modul, ρ = gostota
Vzorec problema:
Izračunajte hitrost zvočnega vala, ki potuje vzdolž jeklene tirnice. Young-Steelov modul elastičnosti = 2 x 1011 N / m2 in gostota jekla = 7.8 x 103 kg / m3
znano:
Modul elastičnosti jekla (E) = 2 x 1011 N / m2
Gostota jekla (ρ) = 7.8 x 103 kg / m3
Zaželeno: Hitrost zvočnih valov
rešitev:
Hitrost vzdolžnih valov, ki se širijo v tekočinah in plinih, se izračuna po formuli: v = hitrost valovanja, B = modul stisljivosti, ρ = gostota
Vzorec problema:
Kakšna je hitrost vzdolžnih valov, ko potujejo skozi vodo?
Modul vode v razsutem stanju (B) = 2 x 109 N / m2
Gostota vode (ρ) = 1000 kg/m3
rešitev:
Hitrost vzdolžnega valovanja pri širjenju v vodi:
