Das Wellenbewegung Es besteht aus der Ausbreitung einer Störung, die als Welle bezeichnet wird, in einem materiellen Medium oder sogar in einem Vakuum, wenn es sich um Licht oder eine andere elektromagnetische Strahlung handelt.
Die Energie bewegt sich in Wellenbewegung, ohne dass sich die Teilchen im Medium zu weit von ihren Positionen bewegen, da die Störung sie nur dazu bringt, kontinuierlich um die Gleichgewichtsstelle zu schwingen oder zu schwingen..
Und diese Schwingung ist diejenige, die in der Mitte von einem Teilchen auf ein anderes übertragen wird, in der sogenannten mechanische Welle. Schall breitet sich auf diese Weise aus: Eine Quelle komprimiert und expandiert abwechselnd die Luftmoleküle, und die Energie, die sich auf diese Weise bewegt, ist wiederum dafür verantwortlich, dass das Trommelfell vibriert, eine Empfindung, die das Gehirn als Schall interpretiert.
Bei Licht, das kein materielles Medium benötigt, wird die Schwingung elektrischer und magnetischer Felder übertragen.
Wie wir sehen können, haben zwei der wichtigsten Phänomene für das Leben: Licht und Ton Wellenbewegungen, daher ist es wichtig, mehr über ihr Verhalten zu wissen..
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Wellen haben mehrere charakteristische Attribute, die wir nach ihrer Natur gruppieren können:
Betrachten wir eine schematische Darstellung einer einfachen Welle als periodische Folge von Graten und Tälern. Die Zeichnung repräsentiert kaum mehr als einen Zyklus oder was dasselbe ist: eine vollständige Schwingung.
Diese Elemente sind allen Wellen gemeinsam, einschließlich Licht und Ton..
v = λ / T.
Es gibt verschiedene Arten von Wellen, da sie nach verschiedenen Kriterien klassifiziert werden. Beispielsweise können sie nach folgenden Kriterien klassifiziert werden:
Eine Welle kann gleichzeitig von mehreren Arten sein, wie wir unten sehen werden:
Die Partikel, aus denen das Medium besteht, können auf verschiedene Weise auf die Störung reagieren. Auf diese Weise entstehen sie:
Die Partikel im Medium schwingen in einer Richtung senkrecht zu der der Störung. Wenn wir beispielsweise eine horizontale, gespannte Schnur haben, die an einem Ende gestört ist, schwingen die Partikel auf und ab, während sich die Störung horizontal ausbreitet..
Auf diese Weise bewegen sich auch elektromagnetische Wellen, unabhängig davon, ob sie sich in einem materiellen Medium befinden oder nicht..
Die Ausbreitung verläuft in die gleiche Richtung wie die Partikel im Medium. Das bekannteste Beispiel ist Schall, bei dem die Schallstörung die Luft komprimiert und ausdehnt, während sie sich durch sie bewegt, wodurch sich die Moleküle hin und her bewegen..
Sie benötigen immer ein materielles Medium, um sich auszubreiten, das fest, flüssig oder gasförmig sein kann. Schall ist auch ein Beispiel für eine mechanische Welle sowie für die Wellen, die in den gespannten Saiten von Musikinstrumenten erzeugt werden und die sich rund um den Globus ausbreiten: seismische Wellen.
Elektromagnetische Wellen können sich im Vakuum ausbreiten. Es gibt keine oszillierenden Teilchen, sondern elektrische und magnetische Felder, die senkrecht und gleichzeitig senkrecht zur Ausbreitungsrichtung stehen..
Das Spektrum der elektromagnetischen Frequenzen ist sehr breit, aber wir nehmen mit unseren Sinnen kaum ein schmales Wellenlängenband wahr: das sichtbare Spektrum.
Abhängig von der Ausbreitungsrichtung können die Wellen sein:
Wenn wir eine gespannte Schnur haben, bewegt sich die Störung über die gesamte Länge, dh in einer Dimension. Es tritt auch auf, wenn eine Feder oder eine flexible Feder wie die aufreizend.
Aber es gibt Wellen, die sich auf einer Oberfläche bewegen, wie die Wasseroberfläche, wenn ein Stein auf einen Teich geworfen wird, oder solche, die sich in der Erdkruste ausbreiten. In diesem Fall sprechen wir von zweidimensionalen Wellen.
Schließlich gibt es Wellen, die sich ständig in alle Richtungen des Raums bewegen, wie Ton und Licht..
Wellen können sich über große Gebiete wie Lichtwellen, Schall und seismische Wellen ausbreiten. Stattdessen beschränken sich andere auf eine kleinere Region. Deshalb werden sie auch klassifiziert als:
-Wanderwellen
-Stehende Wellen.
Wenn sich eine Welle von ihrer Quelle ausbreitet und nicht zu ihr zurückkehrt, haben Sie eine Wanderwelle. Dank ihnen hören wir den Klang von Musik, die aus einem benachbarten Raum kommt, und das Sonnenlicht erreicht uns, das 150 Millionen Kilometer im Weltraum zurücklegen muss, um den Planeten zu beleuchten. Dies geschieht mit einer konstanten Geschwindigkeit von 300.000 km / s.
Im Gegensatz zu Wanderwellen bewegen sich stehende Wellen in einem begrenzten Bereich, beispielsweise durch Störungen in der Saite eines Musikinstruments wie einer Gitarre..
Harmonische Wellen sind dadurch gekennzeichnet, dass sie zyklisch oder periodisch sind. Dies bedeutet, dass sich die Störung jedes bestimmte konstante Zeitintervall wiederholt, das aufgerufen wird Zeitraum Welle.
Harmonische Wellen können mithilfe der Sinus- und Cosinusfunktionen mathematisch modelliert werden.
Wenn sich die Störung nicht in jedem bestimmten Zeitintervall wiederholt, ist die Welle nicht harmonisch und ihre mathematische Modellierung ist viel komplexer als die von harmonischen Wellen..
Die Natur präsentiert uns ständig Beispiele für Wellenbewegungen, manchmal ist dies offensichtlich, aber manchmal nicht, wie im Fall von Licht: Woher wissen wir, dass es sich wie eine Welle bewegt??
Die Wellennatur des Lichts wurde jahrhundertelang diskutiert. So war Newton überzeugt, dass Licht ein Partikelfluss ist, während Thomas Young zu Beginn des 19. Jahrhunderts zeigte, dass es sich wie eine Welle verhält.
Einhundert Jahre später bestätigte Einstein schließlich zu jedermanns Seelenfrieden, dass Licht gleichzeitig dual sei: Welle und Teilchen, je nachdem, ob seine Ausbreitung untersucht wird oder wie es mit Materie interagiert..
Übrigens passiert dasselbe mit den Elektronen im Atom, sie sind auch duale Einheiten. Sie sind Teilchen, aber sie erfahren auch Phänomene, die nur Wellen ausgesetzt sind, wie zum Beispiel Beugung.
Schauen wir uns nun einige alltägliche Beispiele für offensichtliche Wellenbewegungen an:
Eine weiche Feder, Feder oder aufreizend Es besteht aus einer Schraubenfeder, mit der die Längs- und Querwellen sichtbar gemacht werden können, je nachdem, wie es durch eines seiner Enden gestört wird.
Wenn Sie ein Instrument wie eine Gitarre oder eine Harfe drücken, beobachten Sie die stehenden Wellen, die zwischen den Enden der Saite hin und her gehen. Der Klang der Saite hängt von ihrer Dicke und der Spannung ab, der sie ausgesetzt ist.
Je enger die Saite ist, desto leichter breitet sich eine Störung aus, genau wie wenn die Saite dünner ist. Es kann gezeigt werden, dass das Quadrat der Geschwindigkeit der Welle vzwei ist gegeben durch:
vzwei = T / μ
Dabei ist T die Spannung in der Saite und μ die lineare Dichte, dh die Masse pro Längeneinheit.
Wir haben die Stimmbänder, mit denen Töne zur Kommunikation abgegeben werden. Seine Vibration wird wahrgenommen, indem die Finger beim Sprechen auf den Hals gelegt werden.
Sie breiten sich in ozeanischen Körpern an der Grenze zwischen Wasser und Luft aus und entstehen durch Winde, die dazu führen, dass sich kleine Flüssigkeitsportionen hin und her bewegen..
Diese Schwankungen werden durch die Einwirkung verschiedener Kräfte zusätzlich zum Wind verstärkt: Reibung, Oberflächenspannung in der Flüssigkeit und die allgegenwärtige Schwerkraft..
Die Erde ist kein statischer Körper, da in ihr Störungen auftreten, die sich durch die verschiedenen Schichten bewegen. Sie werden als Zittern und gelegentlich, wenn sie viel Energie tragen, als Erdbeben wahrgenommen, die viel Schaden anrichten können.
Moderne Atomtheorien erklären die Struktur des Atoms in Analogie zu stehenden Wellen.
Eine Schallwelle hat eine Wellenlänge von 2 cm und breitet sich in 10 s mit einer Geschwindigkeit von 40 cm aus.
Berechnung:
a) Seine Geschwindigkeit
a) Der Zeitraum
b) Häufigkeit
Wir können die Geschwindigkeit der Welle mit den bereitgestellten Daten berechnen, da sie sich in 10 s mit einer Geschwindigkeit von 40 cm ausbreitet.
v = 40 cm / 10 s = 4 cm / s
Zuvor war die Beziehung zwischen Geschwindigkeit, Wellenlänge und Periode wie folgt hergestellt worden:
v = λ / T.
Daher ist der Zeitraum:
T = λ / v = 2 cm / 4 cm / s = 0,5 s.
Da die Frequenz die Umkehrung der Periode ist:
f = 1 / T = 1 / 0,5 s = 2 s-1
Die Umkehrung einer Sekunde oder s-1 Es heißt Hertz oder Hertz und wird als Hz abgekürzt. Es wurde zu Ehren des deutschen Physikers Heinrich Hertz (1857-1894) gegeben, der entdeckte, wie man elektromagnetische Wellen erzeugt.
Eine Saite wird unter der Wirkung einer Kraft von 125 N gedehnt. Wenn ihre lineare Dichte μ 0,0250 kg / m beträgt, wie hoch ist die Ausbreitungsgeschwindigkeit einer Welle??
Zuvor hatten wir gesehen, dass die Geschwindigkeit von der Spannung und der linearen Dichte des Seils abhängt als:
vzwei = T / μ
Deshalb:
vzwei = 125 N / 0,0250 kg / m = 5000 (m / s)zwei
Die Quadratwurzel dieses Ergebnisses ziehen:
v = 70,7 m / s
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