Velocità di propagazione di un'onda

Propagazione di un'onda trasversale e longitudinale

Qual è la velocità di propagazione di un'onda?

IL velocità di propagazione di un'onda È l'entità che misura la velocità con cui il disturbo dell'onda si diffonde durante il suo spostamento. La velocità con cui si diffonde l'onda dipende sia dal tipo di onda e dal mezzo con cui si diffonde.

Logicamente, un'onda che si muove attraverso l'aria che quella che lo fa attraverso la terra o sul mare non si muoverà alla stessa velocità. Allo stesso modo, un'onda sismica, il suono o la luce non avanza alla stessa velocità. Ad esempio, le onde elettromagnetiche si diffondono alla velocità della luce; cioè, a 300.000 km/s.

Nel caso del suono nell'aria, la sua velocità di propagazione è di 343 m/s. In generale, per le onde meccaniche, la velocità attraverso un materiale dipende principalmente da due delle caratteristiche dell'ambiente: la sua densità e la sua rigidità. In ogni caso, la velocità è generalmente correlata al valore della lunghezza d'onda e al periodo.

La relazione può essere espressa matematicamente attraverso il quoziente: v = λ / t, dove V è la velocità dell'onda misurata in metri al secondo, λ è la lunghezza d'onda misurata in metri e t è il periodo misurato in secondo.

Come viene misurata la velocità di propagazione?

In generale, la velocità di un'onda è determinata dalla sua lunghezza d'onda e dal suo periodo.

Pertanto, poiché il periodo e la frequenza di un'onda sono inversamente proporzionali, si può anche affermare che la velocità dipende dalla frequenza dell'onda.

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Queste relazioni possono essere espresse matematicamente:

v = λ / t = λ ∙ f

In questa espressione f è la frequenza dell'onda misurata in Hz.

Una tale relazione non è che un altro modo per esprimere la relazione tra velocità, spazio e tempo: v = s / t, dove s rappresenta lo spazio percolato da un corpo in movimento.

Pertanto, per conoscere la velocità con cui un'onda si diffonde è necessario conoscere la sua lunghezza d'onda e, o il suo periodo o la sua frequenza. Da quanto sopra, è chiaro che la velocità non dipende dall'energia dell'onda o dalla sua ampiezza.

Ad esempio, se si desidera.

Fattori a seconda della velocità di propagazione

In definitiva, la velocità di propagazione di un'onda dipenderà sia dal tipo di onda e dalle caratteristiche del mezzo con cui si muove. Alcuni casi specifici sono esposti di seguito.

Velocità di propagazione delle onde incrociate su una corda

Un esempio molto semplice e molto grafico per capire quali sono i fattori su cui dipende normalmente la velocità di un'onda è quella delle onde trasversali che avanzano lungo una corda.

La seguente espressione consente di determinare la velocità di propagazione per queste onde:

v = √ (t / μ)

In questa espressione μ è la densità lineare in chilogrammi per metro e t è la tensione della corda.

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Velocità di propagazione del suono

Il suono è un caso particolare di onda meccanica; Pertanto, richiede un mezzo per muoversi, non essere in grado di farlo nel vuoto.

La velocità con cui il suono viaggia da un mezzo di materiale si baserà sulle caratteristiche del mezzo attraverso il quale viene trasmesso: temperatura, densità, pressione, umidità, ecc.

Il suono si muove più velocemente nei corpi a stato solido che nei liquidi. Allo stesso modo, avanza più rapidamente nei liquidi che nei gas, quindi si muove più velocemente in acqua che in aria

In particolare, la sua velocità di propagazione nell'aria è di 343 m/s quando è a una temperatura di 20 ºC.

Velocità di propagazione delle onde elettromagnetiche

Le onde elettromagnetiche, che sono un tipo di onde trasversali, si diffondono attraverso lo spazio. Pertanto, non richiedono un mezzo per muoversi: possono viaggiare attraverso il vuoto.

Le onde elettromagnetiche si spostano a circa 300.000 km/s (velocità della luce) sebbene, a seconda della loro velocità, sono raggruppate in intervalli di frequenza che compongono ciò che viene chiamato spettro elettromagnetico.

Esercizi risolti

Primo esercizio

Calcola la velocità con cui un'onda trasversale si diffonde attraverso una corda lunga 6 m, se la tensione della corda è di 8 N e la sua massa totale è di 12 kg.

Soluzione

La prima cosa che è necessaria per calcolare è la densità lineare della corda:

 μ = 12/6 = 2 kg / m

Una volta fatto ciò, è già possibile determinare la velocità di propagazione, per la quale viene sostituita nell'espressione:

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V = √ (t / μ) = √ (8/2) = 2 m / s

Secondo esercizio

È noto che la frequenza della nota musicale è 440 Hz. Determina qual è la sua lunghezza d'onda sia nell'aria che in acqua, sapendo che in aria la sua velocità di propagazione è di 340 m/s, mentre in acqua raggiunge 1400 m/s.

Soluzione

Per calcolare la lunghezza d'onda Canciamo λ Della seguente espressione:

V = λ ∙ f

È ottenuto: λ = v / f

Sostituendo i dati dell'affermazione, vengono raggiunti i seguenti risultati:

λ _aria = 340 /440 = 0,773 m

λ _acqua = 1400 /440 = 3,27 m