سرعة انتشار الموجة: العوامل والقياس - جسدي - بدني - 2026

و سرعة انتشار موجة هو الحجم الذي يقيس السرعة التي اضطراب تنتشر موجة النزوح على طول لها. تعتمد السرعة التي تنتشر بها الموجة على نوع الموجة والوسيط الذي تنتشر من خلاله.

منطقيا ، الموجة التي تتحرك في الهواء لن تسافر بنفس سرعة الموجة التي تتحرك عبر الأرض أو البحر. وبالمثل ، فإن الموجة الزلزالية أو الصوت أو الضوء لا تتقدم بنفس السرعة. على سبيل المثال ، تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية في الفراغ بسرعة الضوء ؛ وهذا يعني 300000 كم / ثانية.

في حالة الصوت في الهواء ، تبلغ سرعة انتشاره 343 م / ث. بشكل عام ، بالنسبة للموجات الميكانيكية ، تعتمد السرعة عبر مادة ما بشكل أساسي على خاصيتين من خصائص الوسط: كثافته وصلابته. على أي حال ، ترتبط السرعة عمومًا بقيمة الطول الموجي والفترة الزمنية.

يمكن التعبير عن العلاقة رياضياً من خلال حاصل القسمة: v = λ / T ، حيث v هي سرعة الموجة المقاسة بالأمتار في الثانية ، λ هي الطول الموجي المقاس بالأمتار و T هي الفترة المقاسة بالثواني.

حسب القياس؟

كما ذكرنا سابقًا ، يتم تحديد سرعة الموجة بشكل عام من خلال طول الموجة ودورتها.

لذلك ، نظرًا لأن فترة الموجة وتواترها متناسبان عكسياً ، يمكن أيضًا القول أن السرعة تعتمد على تردد الموجة.

يمكن التعبير عن هذه العلاقات رياضيًا على النحو التالي:

ت = λ / T = λ ∙ و

في هذا التعبير ، f هو تردد الموجة المقاس بالهرتز.

هذه العلاقة هي مجرد طريقة أخرى للتعبير عن العلاقة بين السرعة والمكان والزمان: v = s / t ، حيث تمثل s الفضاء الذي يقطعه جسم متحرك.

لهذا السبب ، لمعرفة السرعة التي تنتشر بها الموجة ، من الضروري معرفة طولها الموجي ومدتها أو ترددها. مما سبق ، يتبين بوضوح أن السرعة لا تعتمد على طاقة الموجة أو اتساعها.

على سبيل المثال ، إذا كنت تريد قياس سرعة انتشار الموجة على طول الحبل ، فيمكنك القيام بذلك عن طريق تحديد الوقت الذي يستغرقه الاضطراب للانتقال من نقطة على الحبل إلى نقطة أخرى.

العوامل التي يعتمد عليها

في النهاية ، ستعتمد سرعة انتشار الموجة على نوع الموجة وخصائص الوسيط الذي تنتقل عبره. فيما يلي بعض الحالات المحددة.

سرعة انتشار الموجات المستعرضة في سلسلة

من الأمثلة البسيطة والرسومات على فهم العوامل التي تعتمد عليها سرعة الموجة عادةً هو الموجات المستعرضة التي تتقدم على طول سلسلة.

يسمح التعبير التالي بتحديد سرعة الانتشار لهذه الموجات:

ت = √ (T / μ)

في هذا التعبير μ هي الكثافة الخطية بالكيلوغرام لكل متر و T هي شد الخيط.

سرعة انتشار الصوت

الصوت هو حالة خاصة من الموجات الميكانيكية. لذلك ، فهي تتطلب وسيلة لتكون قادرة على التحرك ، وليس القدرة على القيام بذلك في فراغ.

ستكون السرعة التي ينتقل بها الصوت عبر وسط مادي دالة على خصائص الوسط الذي ينتقل من خلاله: درجة الحرارة ، والكثافة ، والضغط ، والرطوبة ، إلخ.

ينتقل الصوت في أجسام الحالة الصلبة أسرع منه في السوائل. وبنفس الطريقة ، يتحرك في السوائل أسرع منه في الغازات ، لذلك فهو يتحرك في الماء أسرع منه في الهواء.

على وجه التحديد ، تبلغ سرعة انتشاره في الهواء 343 م / ث عندما تكون عند درجة حرارة 20 درجة مئوية.

سرعة انتشار الموجات الكهرومغناطيسية

تنتشر الموجات الكهرومغناطيسية ، وهي نوع من الموجات المستعرضة ، عبر الفضاء. لذلك ، لا يحتاجون إلى وسيلة للحركة: يمكنهم السفر عبر الفراغ.

تنتقل الموجات الكهرومغناطيسية بسرعة 300000 كم / ثانية (سرعة الضوء) على الرغم من أنها ، بناءً على سرعتها ، يتم تجميعها في نطاقات تردد تشكل ما يسمى بالطيف الكهرومغناطيسي.

تمارين محلولة

التمرين الأول

أوجد السرعة التي تنتقل بها الموجة المستعرضة عبر حبل طوله 6 أمتار ، إذا كان الشد في الحبل 8 نيوتن وكتلته الكلية 12 كجم.

المحلول

أول ما يجب حسابه هو الكثافة الخطية للسلسلة:

μ = 12/6 = 2 كجم / م

بمجرد القيام بذلك ، يمكن تحديد سرعة الانتشار ، والتي يتم استبدالها في التعبير:

ت = √ (T / μ) = √ (8/2) = 2 م / ث

التمرين الثاني

من المعروف أن تردد النوتة الموسيقية هو 440 هرتز. حدد الطول الموجي لها سواء في الهواء أو في الماء ، مع العلم أن سرعة انتشارها في الهواء تبلغ 340 م / ث ، بينما في يصل الماء إلى 1400 م / ث.

المحلول

لحساب الطول الموجي نحل λ من التعبير التالي:

ت = λ ∙ و

يتم الحصول عليها: λ = v / f

باستبدال البيانات من البيان ، يتم الوصول إلى النتائج التالية:

λ _الهواء = 340/440 = 0.773 م

λ _ماء = 1400/440 = 3.27 م

المراجع

1. الموجة (الثانية). على ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 19 مايو 2018 ، من es.wikipedia.org.
2. سرعة المرحلة (الثانية). على ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 19 مايو 2018 ، من en.wikipedia.org.
3. سرعة الصوت (بدون تاريخ). على ويكيبيديا. تم الاسترجاع في 19 مايو 2018 ، من en.wikipedia.org.
4. فيدالجو سانشيز ، خوسيه أنطونيو (2005). الفيزياء والكيمياء. قمة افرست
5. ديفيد سي كاسيدي ، جيرالد جيمس هولتون ، فلويد جيمس رذرفورد (2002). فهم الفيزياء. بيرخاوسر.
6. الفرنسية ، AP (1971). الاهتزازات والأمواج (سلسلة الفيزياء التمهيدية MIT). نيلسون ثورنس.
7. كروفورد جونيور ، فرانك س. (1968). أمواج (دورة فيزياء بيركلي ، المجلد 3) ، ماكجرو هيل.