Golvende bewegingskenmerken, soorten golven, voorbeelden

Hij golfbeweging Het bestaat uit de verspreiding van een verstoring, golf genoemd, in een materiaalmedium of zelfs in een vacuüm, als het het licht of een andere elektromagnetische straling is.

Energie reist in de golvende beweging, zonder dat de deeltjes van het medium veel weg van hun posities halen, omdat de verstoring hen alleen maar doet oscilleren of continu rond het evenwicht trilt.

Waterbeweging in de oceaan

En deze vibratie is degene die in het midden van het ene deeltje naar het andere wordt overgedragen, in wat bekend staat als een Mechanische golf. Het geluid verspreidt zich op deze manier: een bron comprimeert en breidt de luchtmoleculen afwisselend uit, en de energie die op deze manier reist, is op zijn beurt verantwoordelijk voor het trillen van het trommelvlies, een gevoel dat de hersenen als geluid interpreteren.

In het geval van licht, dat geen materiaal nodig heeft, is de oscillatie van de elektrische en magnetische velden die wordt verzonden.

Zoals we zien, hebben twee van de belangrijkste fenomenen voor het leven: licht en geluid, golvende beweging, vandaar het belang van meer weten over hun gedrag.

[TOC]

Kenmerken van de voortschrijdende beweging

De golven hebben verschillende karakteristieke kenmerken die we kunnen groeperen volgens hun aard:

• Ruimtelijke kenmerken, die verwijzen naar de vorm.
• Tijdelijke of duurkenmerken.

Laten we eens kijken naar een schematische weergave van een eenvoudige golf als een periodieke opeenvolging van ruggen en valleien. De tekening vertegenwoordigt iets meer dan één cyclus of wat hetzelfde is: een complete oscillatie.

Elementen van een golf. Bron: f. Zapata.

Ruimtelijke kenmerken van golven

Deze elementen zijn gemeenschappelijk voor alle golven, inclusief licht en geluid.

• Kam: De hoogste positie.
• Vallei: De laagste.
• Knooppunt: punt waarop de golf de evenwichtspositie snijdt. In de figuur zit de gesegmenteerde lijn of horizontale as.
• Golflengte: aangeduid met de Griekse letter λ (lambda) is de afstand tussen twee opeenvolgende ribbels, of tussen één punt en één die dezelfde hoogte heeft, maar van de volgende cyclus.
• Verlenging: Het is de verticale afstand tussen een golfpunt en de evenwichtspositie.
• Amplitude: is de maximale verlenging.

Tijdelijke kenmerken van golven

• Periode, Tijd die een complete cyclus duurt.
• Frequentie: Aantal golven geproduceerd per tijdseenheid. Het is het omgekeerde of wederzijdse van de periode.
• Snelheid: Het wordt gedefinieerd als het quotiënt tussen de golflengte en de periode. Als u wordt aangeduid als V, is deze relatie op wiskundige manier:

V = λ /t

Soorten golven

Er zijn verschillende soorten golven, omdat ze worden geclassificeerd volgens verschillende criteria, bijvoorbeeld kunnen ze worden geclassificeerd volgens:

• De richting die de verstoring draagt.
• Het medium waarin ze zich verspreiden.
• De richting waarin de middelgrote deeltjes oscilleren.

Kan u van dienst zijn: relatieve fout: formules, hoe het wordt berekend, oefeningen

Een golf kan van verschillende soorten tegelijkertijd zijn, zoals we hieronder zullen zien:

- Golven volgens de oscillatie van het medium

De deeltjes waaruit het medium bestaat, hebben de mogelijkheid om op verschillende manieren op de verstoring te reageren, op deze manier ontstaan ​​ze:

Kruisgolven

In een dwarsgolf verspreidt verstoring zich loodrecht op de richting waarin de deeltjes oscilleren. Bron: Wikimedia Commons.

De deeltjes van het medium variëren in de richting loodrecht op hoe verstoring het doet. Als we bijvoorbeeld een horizontaal gespannen touw hebben dat aan één uiteinde wordt verstoord, variëren de deeltjes van boven naar beneden, terwijl de verstoring horizontaal reist.

Elektromagnetische golven bewegen ook op deze manier, of ze dat doen in een materiële omgeving zoals niet.

Longitudinale golven

De voortplanting reist in dezelfde richting waarin de deeltjes van het medium dat doen. Het bekendste voorbeeld is het geluid, waarin de geluidsverstoring de lucht comprimeert en uitbreidt terwijl deze erdoorheen beweegt, waardoor de moleculen van de ene naar de andere kant in de zwaai bewegen.

- Golven volgens het medium waarin ze zich verspreiden

Mechanische golven

Seismische golven zijn mechanische golven

Ze vereisen altijd een materiaalmedium om te verspreiden, wat vast, vloeistof of gas kan zijn. Geluid is ook een voorbeeld van een mechanische golf, evenals de golven die voorkomen in de gespannen touwen van muziekinstrumenten en die over de hele wereld: seismische golven.

Elektromagnetische golven

Elektromagnetische golven kunnen zich in een vacuüm verspreiden. Er zijn geen deeltjes in oscillatie, maar elektrische en magnetische velden onderling loodrecht en tegelijkertijd loodrecht met de voortplantingsrichting.

Het elektromagnetische frequentiespectrum is erg breed, maar we nemen nauwelijks met onze zintuigen een smalle strook golflengten waar: het zichtbare spectrum.

- Golven volgens de voortplantingsrichting

Volgens het voortplantingsadres kunnen golven zijn:

• Unidimensionaal
• Twee -dimensionaal
• Drie -dimensionaal

Als we een gespannen touw hebben, reist de verstoring overal, dat wil zeggen in een dimensie. Het komt ook voor wanneer een flexibele veer of veer storen is zoals Slinkachtig.

Maar er zijn golven die op een oppervlak bewegen, zoals het wateroppervlak wanneer een steen op een vijver wordt gegooid of die die zich in de korst van de aarde verspreiden, in dit geval is er sprake van twee -dimensionale golven.

Ten slotte zijn er golven die continu reizen in alle richtingen van de ruimte zoals geluid en licht.

- Golven volgens de uitbreiding

Golven kunnen zich verspreiden over grote uitbreidingen, zoals lichtgolven, geluid en seismische golven. In plaats daarvan zijn anderen beperkt tot een kleinere regio. Daarom worden ze ook geclassificeerd als:

Kan u van dienst zijn: wat zijn de thermische eigenschappen en wat zijn? (Met voorbeelden)

-Reizende golven

-Staande golven.

Reizende golven

Wanneer een golf zich uit zijn bron verspreidt en er niet naar terugkeert, heb je een reizende golf. Dankzij hen luisteren we. Doet het op constante snelheid van 300.000 km/s.

Staande golven

In tegenstelling tot reizende golven, bewegen stationaire golven in een beperkte regio, bijvoorbeeld de verstoring in het touw van een muziekinstrument als een gitaar.

Harmonische golven

Harmonische golven worden gekenmerkt door cyclisch of periodiek te zijn. Dit betekent dat de verstoring elk bepaald constant tijdsinterval wordt herhaald, geroepen periode van de golf.

Harmonische golven kunnen wiskundig worden modelleren met behulp van de sinus- en cosinusfuncties.

Niet -periodieke golven

Als de verstoring niet elk bepaald tijdsinterval wordt herhaald, is de golf niet harmonieus en is de wiskundige modellering ervan veel complexer dan die van harmonische golven.

Voorbeelden van ondulatoire beweging

De natuur presenteert ons altijd voorbeelden van golvende beweging, soms is dit duidelijk, maar soms niet, zoals in het geval van licht: hoe weten we dat het beweegt als een golf?

Het golvende karakter van het licht werd eeuwenlang besproken. Aldus was Newton ervan overtuigd dat licht een stroom van deeltjes was, terwijl Thomas Young in het begin van de 19e eeuw aantoonde dat hij zich als een golf gedroeg.

Eindelijk, honderd jaar later zei Einstein, voor ieders rust, dat het licht dubbel was: golf en deeltjes tegelijk.

Trouwens, hetzelfde geldt voor elektronen in het atoom, het zijn ook dubbele entiteiten. Het zijn deeltjes, maar ze ervaren ook exclusieve fenomenen van golven, zoals diffractie, bijvoorbeeld.

Laten we nu enkele dagelijkse voorbeelden van duidelijke golfbeweging bekijken:

Het dok

Een zachte lente, lente of Slinkachtig Het bestaat uit een spiraalvormige veer waarmee longitudinale en transversale golven kunnen worden gevisualiseerd, afhankelijk van de manier waarop een van de uiteinden wordt verstoord.

De snaren van muziekinstrumenten

Door op een instrument zoals een gitaar of een harp te klikken, komen de stationaire golven tussen de uiteinden van het touw. Het geluid van het touw hangt af van zijn dikte en de spanning waaraan het wordt onderworpen.

Hoe gespannen het touw is, hoe gemakkelijker een verstoring er voor wordt verspreid, op dezelfde manier als het touw dunner is. Er kan worden aangetoond dat het vierkant van de golfsnelheid V² Het wordt gegeven door:

Kan u van dienst zijn: interne energie

v² = T / μ

Waarbij t de spanning in het touw is en μ is de lineaire dichtheid van hetzelfde, dat wil zeggen de massa per eenheid van lengte.

De stem

We hebben de vocale snaren, waarmee geluiden worden uitgestoten voor communicatie. Zijn vibratie wordt waargenomen door zijn vingers op zijn keel te plaatsen tijdens het spreken.

Golven

Ze verspreiden zich in oceanische lichamen op de grens tussen water en lucht, en zijn afkomstig van winden, die de zwaai van kleine delen van vloeistof veroorzaken.

Deze schommelingen worden versterkt door de werking van verschillende krachten naast de wind: wrijving, oppervlaktespanning in de vloeistof en de altijd huidige zwaartekrachtkracht.

Seismische golven

De aarde is geen statisch lichaam, omdat er verstoringen zijn die door de verschillende lagen reizen. Ze worden gezien als trillingen en af ​​en toe, wanneer ze veel energie vervoeren, als aardbevingen die veel schade kunnen veroorzaken.

De structuur van het atoom

Moderne atoomtheorieën verklaren de structuur van het atoom door een analogie met stationaire golven.

Opgeloste oefeningen

Oefening 1

Een geluidsgolf heeft een golflengte gelijk aan 2 cm en verspreidt zich met een snelheid van 40 cm in 10 s.

Berekenen:

a) uw snelheid

a) de periode

b) frequentie

Oplossing voor

We kunnen de snelheid van de golf berekenen met de verstrekte gegevens, omdat deze zich dus met een snelheid van 40 cm in 10 seconden verspreidt,:

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

Oplossing B

Eerder de relatie tussen snelheid, golflengte en periode zoals:

V = λ /t

Daarom is de periode:

T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0.5 s.

Oplossing C

Omdat de frequentie het omgekeerde van de periode is:

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

Het omgekeerde van tweede of s^-1 Hij wordt Hertz of Hertzio genoemd en afgekort Hz. De Duitse natuurkundige Heinrich Hertz (1857-1894) werd ter ere gegeven, die de manier ontdekte om elektromagnetische golven te produceren.

Oefening 2

Een touw is gespannen onder de actie van een kracht van 125 n. Als uw lineaire dichtheid μ is 0.0250 kg/m, wat zal de voortplantingssnelheid van een golf zijn?

Oplossing

We hadden eerder gezien dat snelheid afhankelijk is van de spanning en lineaire dichtheid van het touw zoals:

v² = T / μ

Daarom:

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

De vierkantswortel van dit resultaat nemen:

V = 70.7 m/s

Referenties

1. Giancoli, D.  2006. Fysica: principes met toepassingen. 6e. Ed Prentice Hall.
2. Hewitt, Paul. 2012. Conceptuele fysieke wetenschap. 5e. ED. Pearson.
3. Sears, Zemansky. 2016. Universitaire natuurkunde met moderne natuurkunde. 14e. ED. Deel 1. Pearson.
4. Serway, r., Jewett, J. (2008). Natuurkunde voor wetenschap en engineering. Deel 1. 7e. ED. Cengage leren.
5. Tipler, p. (2006) Natuurkunde voor wetenschap en technologie. 5e ed. Deel 1. Redactioneel teruggekeerd.