波の伝播速度は、その変位に沿って波動伝搬の乱れ速度を測定する大きさです。波が伝播する速度は、波のタイプと波が伝播する媒体の両方に依存します。
論理的には、空中を移動する波は、陸または海を移動する波と同じ速度で移動しません。同様に、地震波、音または光は同じ速度で進みません。たとえば、真空中で電磁波は光速で伝播します。つまり、300,000 km / sです。
空気中の音の場合、その伝播速度は343 m / sです。一般に、機械波の場合、材料を通過する速度は、主に媒体の2つの特性、つまり密度と剛性に依存します。いずれの場合も、速度は一般に波長と周期の値に関連しています。
この関係は、v =λ/ Tの商で数学的に表すことができます。ここで、vはメートル/秒で測定される波の速度、λはメートルで測定される波長、Tは秒で測定される周期です。
測定通り？
前述のように、一般的に波の速度は波長と周期によって決まります。
したがって、波の周期と周波数は反比例するので、速度は波の周波数に依存しているとも言えます。
これらの関係は、次のように数学的に表現できます。
v =λ/ T =λ∙f
この式では、fはHzで測定された波の周波数です。
この関係は、速度、空間、時間の関係を表すもう1つの方法です。v= s / t。ここで、sは、移動する物体が移動する空間を表します。
このため、波の伝播速度を知るには、その波長とその周期または周波数のいずれかを知る必要があります。上記から、速度は波のエネルギーやその振幅に依存しないことは明らかです。
たとえば、ロープに沿った波の伝播速度を測定する場合は、外乱がロープのあるポイントから別のポイントに移動するのにかかる時間を決定することで実行できます。
それが依存する要因
最終的に、波の伝播速度は、波の種類と波が通過する媒体の特性の両方に依存します。以下は、いくつかの特定のケースです。
ストリング内の横波の伝播速度
波の速度が通常どの要素に依存するかを理解するための非常に単純で非常にグラフィックな例は、弦に沿って進む横波のそれです。
次の式により、これらの波の伝播速度を決定できます。
v =√（T /μ）
この式では、μはキログラム/メートルの線密度で、Tは弦の張力です。
音の伝播速度
音は機械的な波の特定のケースです。したがって、それは真空中で移動することができず、移動することができる手段を必要とします。
音が物質媒体を伝わる速度は、温度、密度、圧力、湿度など、音が伝わる媒体の特性の関数になります。
音は液体よりも固体の方が速く伝わります。同じように、液体は気体よりも速く移動するため、水中では空気よりも速く移動します。
具体的には、空気中の伝播速度は20℃の温度で343 m / sです。
電磁波の伝播速度
電磁波は横波の一種であり、空間を伝搬します。したがって、彼らは移動手段を必要としません。彼らはボイドを通って移動することができます。
電磁波は約300,000 km / s（光の速度）で移動しますが、速度によっては、電磁波スペクトルと呼ばれる周波数範囲にグループ化されます。
解決された演習
最初の練習
ロープの張力が8 Nで、その総質量が12 kgの場合、横波が長さ6 mのロープを通過する速度を求めます。
解決
計算に必要な最初のことは、文字列の線形密度です。
μ= 12/6 = 2 kg / m
これが完了すると、伝播速度を決定することができます。伝播速度は式で置き換えられます。
v =√（T /μ）=√（8/2）= 2 m / s
2番目の練習
音符の周波数は440 Hzであることが知られています。空気中の伝搬速度が340 m / sであるのを確認しながら、空気中と水中の両方でその波長を特定します。水は1400メートル/秒に達します。
解決
波長を計算するには、次の式からλを解きます。
v =λ∙f
それは得られます：λ= v / f
ステートメントのデータを代入すると、次の結果になります。
λ 空気 = 340/440 = 0.773 m
λ 水 = 1400/440 = 3.27 m
参考文献
- 波（nd）。ウィキペディアで。2018年5月19日、es.wikipedia.orgから取得。
- 位相速度（nd）。ウィキペディアで。2018年5月19日、en.wikipedia.orgから取得。
- 音の速度（nd）。ウィキペディアで。2018年5月19日、en.wikipedia.orgから取得。
- フィダルゴ・サンチェス、ホセ・アントニオ（2005）。物理学と化学。エベレスト
- デビッドC.キャシディ、ジェラルドジェームズホルトン、フロイドジェームズラザフォード（2002）。物理学を理解する。ビルハウザー。
- フランス語、AP（1971）。振動と波（MIT入門物理学シリーズ）。ネルソン・ソーンズ。
- クロフォード・ジュニア、フランク・S（1968）。Waves（Berkeley Physics Course、Vol。3）、McGraw-Hill。