Valoviranje značilnosti gibanja, vrste valov, primeri

On valovno gibanje Sestavljen je iz širjenja motnje, imenovane val, v materialnem mediju ali celo v vakuumu, če je svetloba ali katero koli drugo elektromagnetno sevanje.

Energija potuje v valovitih gibanju, ne da bi delci iz medija veliko oddaljili od svojih položajev, saj jih motnje le nihajo ali vibrirajo okoli ravnovesja.

Gibanje vode v oceanu

In ta vibracija je tista, ki se na sredini prenaša iz enega delca v drugega, v tem, kar je znano kot a Mehanski val. Zvok se na ta način širi: vir stisne in razširja molekule zraka izmenično, energija, ki potuje na ta način.

V primeru svetlobe, ki ne potrebuje materiala, je nihanje električnih in magnetnih polj, ki se prenašajo.

Kot vidimo, dva najpomembnejša pojava za življenje: svetloba in zvok imata valovito gibanje, od tod tudi pomembnost vedenja o njihovem vedenju.

[TOC]

Značilnosti ondulacijskega gibanja

Valovi imajo več značilnih lastnosti, ki jih lahko združimo v skladu z njihovo naravo:

• Prostorske značilnosti, ki se nanašajo na obrazec.
• Začasne ali trajajoče značilnosti.

Poglejmo shematično predstavitev preprostega vala kot občasnega nasledstva grebenov in dolin. Risba predstavlja nekaj več kot en cikel ali kaj je enako: popolno nihanje.

Elementi vala. Vir: f. Zapata.

Prostorske značilnosti valov

Ti elementi so skupni vsem valovom, vključno z svetlobo in zvokom.

• Greben: Najvišji položaj.
• Dolina: Najnižji.
• Vozlišče: točka, v kateri val seka ravnotežni položaj. Na sliki je segmentirana črta ali vodoravna os.
• Valovna dolžina: Označeno z grško črko λ (Lambda) je razdalja med dvema zaporednima grebenom ali med eno točko in eno, ki ima enako višino, vendar od naslednjega cikla.
• Raztezanje: To je navpična razdalja med valovno točko in ravnotežnim položajem.
• Amplituda: je največje podaljšanje.

Začasne lastnosti valov

• Obdobje, Čas, ki traja celoten cikel.
• Frekvenca: Število proizvedenih valov na enoto časa. To je obratno ali vzajemno.
• Hitrost: Opredeljen je kot količnik med valovno dolžino in obdobjem. Če ste označeni kot V, je na matematičen način ta odnos:

V = λ /t

Vrste valov

Obstajajo različne vrste valov, saj so razvrščeni po več kriterijih, na primer jih je mogoče razvrstiti po:

• Smer, ki nosi motnjo.
• Medij, v katerem se širijo.
• Smer, v kateri srednji delci nihajo.

Vam lahko služi: relativna napaka: formule, kako se izračuna, vaje

Val je lahko več vrst hkrati, kot bomo videli spodaj:

- Valovi glede na nihanje medija

Delci, ki sestavljajo medij, se lahko na več načinov odzovejo na motnje, na ta način se pojavijo:

Križni valovi

V prečnem valu se motnja širi pravokotno na smer, v kateri delci nihajo. Vir: Wikimedia Commons.

Delci srednjega območja v smeri, pravokotni na to, kako motnjo. Na primer, če imamo vodoravno napeto vrv, ki jo motijo ​​na enem koncu, delci segajo od zgoraj navzdol, medtem ko motnje potujejo vodoravno.

Na ta način se premikajo tudi elektromagnetni valovi, ne glede na to, ali v materialnem okolju.

Vzdolžni valovi

Razmnoževanje potuje v isto smer, v kateri to počnejo delci medija. Najbolj znan primer je zvok, v katerem se motenje zvoka stisne in širi zrak, ko se premika skozi njega, zaradi česar se molekule premikajo v zasuku z ene strani na drugo.

- Valovi glede na medij, v katerem se širijo

Mehanski valovi

Seizmični valovi so mehanski valovi

Za širjenje vedno potrebujejo materialni medij, ki je lahko trdna, tekočina ali plin. Zvok je tudi primer mehanskega vala, pa tudi valov, ki se pojavljajo v napetih vrvi glasbenih instrumentov in tistih, ki se širijo po vsem svetu: seizmični valovi.

Elektromagnetni valovi

Elektromagnetni valovi se lahko širijo v vakuumu. V nihanju ni delcev, ampak električna in magnetna polja medsebojno pravokotna in hkrati pravokotna s smerjo širjenja.

Elektromagnetni frekvenčni spekter je zelo širok, vendar s svojimi čutili komaj dojemamo ozek trak valovnih dolžin: vidni spekter.

- Valovi v skladu s smerjo širjenja

V skladu z razmnoževalnim naslovom so lahko valovi:

• Enodimenzionalno
• Dva -dimenzionalna
• Tri -dimenzionalni

Če imamo napeto vrv, motenje potuje po vsem, torej v dimenziji. Pojavi se tudi, ko je fleksibilna vzmet ali vzmet moteča Slinky.

Vendar obstajajo valovi, ki se premikajo po površini, na primer površino vode, ko se na ribnik vrže kamen ali tisti, ki se širijo v zemeljski skorji, v tem primeru se pogovarjata o dveh dimenzionalnih valovih.

Končno obstajajo valovi, ki neprekinjeno potujejo v vseh smereh prostora, kot sta zvok in svetloba.

- Valovi glede na njegovo razširitev

Valovi se lahko širijo po velikih podaljških, kot so svetlobni valovi, zvok in potresni valovi. Namesto tega so drugi omejeni na manjšo regijo. Zato so tudi razvrščeni kot:

Vam lahko služi: kakšne so toplotne lastnosti in kaj so? (S primeri)

-Potujoči valovi

-Stoječi valovi.

Potujoči valovi

Ko se val razširi iz vira in se ne vrne k njemu, imate potujoči val. Zahvaljujoč se jim poslušamo. Ali to s konstantno hitrostjo 300.000 km/s.

Stoječi valovi

Za razliko od potovalnih valov se stacionarni valovi premikajo v omejeni regiji, na primer motnje v vrvi glasbenega instrumenta, kot je kitara.

Harmonični valovi

Za harmonične valove je značilno, da so ciklični ali periodični. To pomeni, da se motnja ponavlja vsak določen konstantni časovni interval, imenovan obdobje vala.

Harmonični valovi so lahko matematično modelirani s pomočjo sinusnih in kosinusnih funkcij.

Neperiodični valovi

Če se motnje ne ponavljajo vsaki določeni časovni interval, val ni harmoničen in njegovo matematično modeliranje je veliko bolj zapleteno kot pri harmoničnih valovih.

Primeri gibanja vdulacije

Narava nam ves čas predstavlja primere valovitega gibanja, včasih je to očitno, včasih pa ne, kot v primeru svetlobe: kako vemo, da se giblje kot val?

Razpravljali smo o valovitni naravi svetlobe stoletja. Tako je bil Newton prepričan, da je svetloba tok delcev, medtem ko je Thomas Young v začetku 19. stoletja pokazal, da se obnaša kot val.

Končno, sto let pozneje je Einstein za vsakogar dejal, da je svetloba dvojna: vala in delček hkrati, odvisno od tega, ali je njegovo širjenje preučeno ali način, kako se s tem interakcijo vpliva na zadevo.

Mimogrede, enako velja za elektrone v atomu, so tudi dvojne entitete. So delci, vendar doživljajo tudi ekskluzivne pojave valov, kot je na primer difrakcija.

Zdaj si oglejmo nekaj dnevnih primerov očitnega gibanja valov:

Dok

Mehka vzmet, pomlad oz Slinky Sestavljen je iz vijačnega vzmeti, s katerim je mogoče vizualizirati vzdolžne in prečne valove, odvisno od načina motenja enega od njegovih koncev.

Strune glasbenih instrumentov

S klikom na instrument, kot je kitara ali harfa, stacionarni valovi prihajajo in odhajajo med konce vrvi. Zvok vrvi je odvisen od njegove debeline in napetosti, na katero je podvržena.

Bolj kot je napeta vrv, lažje je motenje zanjo, na enak način, ko je vrv tanjša. Lahko pokažemo, da kvadrat valovne hitrosti V² Daje ga:

Vam lahko služi: notranja energija

v² = T / μ

Kjer je T napetost v vrvi in ​​μ, je linearna gostota istega, to je njegova masa na enoto dolžine.

Glas

Imamo vokalne strune, s katerimi se oddajajo zvoki za komunikacijo. Njegova vibracija se zazna tako, da ob govoru položi prste na grlo.

Morski valovi

Širijo se v oceanskih telesih na meji med vodo in zrakom in izvirajo iz vetrov, ki povzročajo zasik majhnih delov tekočine.

Ta nihanja se povečajo z delovanjem več sil poleg vetra: trenje, površinska napetost v tekočini in vedno prisotna sila gravitacije.

Potresni valovi

Zemlja ni statično telo, saj obstajajo motnje, ki potujejo skozi različne plasti. Pri prenašanju veliko energije jih dojemajo kot tresenje in občasno, kot potresi, ki lahko povzročijo veliko škode.

Struktura atoma

Sodobne atomske teorije pojasnjujejo strukturo atoma skozi analogijo s stacionarnimi valovi.

Rešene vaje

Vaja 1

Zvočni val ima valovno dolžino, ki je enaka 2 cm in se širi s hitrostjo 40 cm v 10 s.

Izračunati:

a) Vaša hitrost

a) Obdobje

b) frekvenca

Rešitev

Hitrost vala lahko izračunamo s predloženimi podatki, saj se širi s hitrostjo 40 cm v 10 s, torej:

V = 40 cm / 10 s = 4 cm / s

Rešitev b

Prej je razmerje med hitrostjo, valovno dolžino in obdobjem, kot so:

V = λ /t

Zato je obdobje:

T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0.5 s.

Rešitev c

Ker je frekvenca obratna obdobja:

F = 1 / t = 1/0.5 s = 2 s^-1

Inverzno sekundo ali s^-1 Imenuje se Hertz ali Hertzio in skrajšano HZ. Nemški fizik Heinrich Hertz (1857-1894) je bil dana v čast, ki je odkril način izdelave elektromagnetnih valov.

Vaja 2

Vrv je napeta pod delovanjem sile 125 n. Če je vaša linearna gostota μ 0.0250 kg/m, kakšna bo hitrost širjenja vala?

Rešitev

Prej smo videli, da je hitrost odvisna od napetosti in linearne gostote vrvi, kot je:

v² = T / μ

Zato:

v² = 125 n / 0.0250 kg/m = 5000 (m/s)²

Jemanje kvadratnega korena tega rezultata:

V = 70.7 m/s

Reference

1. Giancoli, d.  2006. Fizika: načela z aplikacijami. 6. Ed Prentice Hall.
2. Hewitt, Paul. 2012. Konceptualna fizikalna znanost. 5. Ed. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Univerzitetna fizika s sodobno fiziko. 14. Ed. Zvezek 1. Pearson.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Fizika za znanost in inženiring. Zvezek 1. 7. Ed. Cengage učenje.
5. Tipler, str. (2006) Fizika za znanost in tehnologijo. 5. izd. Zvezek 1. Uredništvo se je vrtelo.