سرعت انتشار موج

مدیران انجمن: parse, javad123javad

ارسال پست
Ali se

نام: علی س

عضویت : دوشنبه ۱۳۹۸/۱۲/۱۲ - ۱۷:۰۸


پست: 8



سرعت انتشار موج

پست توسط Ali se »

چرا در یک محیط مادی سرعت انتشار موج مکانیکی عرضی مستقل از سرعت نوسان و مرتعش ذرات محیط هست؟
با افزایش سرعت ارتعاش ذرات محیط تغیری در بسامد و طول موج ایجاد میشود ؟؟

نمایه کاربر
رهام1380

نام: رهام حسامی

محل اقامت: تهران

عضویت : پنج‌شنبه ۱۳۹۹/۶/۲۰ - ۰۹:۴۸


پست: 103

سپاس: 15

جنسیت:

تماس:

Re: سرعت انتشار موج

پست توسط رهام1380 »

موج مکانیکی است به حرکت محیط انتقال - ماده - محدود است. بنابراین ، ماده نوسانی از موقعیت تعادل اولیه خود فاصله زیادی ندارد. امواج مکانیکی انرژی را انتقال می دهند. این انرژی در همان جهتی که موج منتشر می کند ، منتشر می شود. هر نوع موجی (مکانیکی یا الکترومغناطیسی) دارای انرژی خاصی است. امواج مکانیکی فقط در محیط هایی که دارای کشش و اینرسی هستند قابل تولید است ..
یک موج مکانیکی نیاز به ورودی اولیه انرژی دارد. هنگامی که این انرژی اولیه اضافه می شود ، موج از طریق محیط حرکت می کند تا زمانی که تمام انرژی آن منتقل شود. در مقابل ، امواج الکترومغناطیسی به هیچ محیطی احتیاج ندارند ، اما هنوز هم می توانند از طریق یکی عبور کنند.
امواج مکانیکی به سه نوع وجود دارد: امواج عرضی ، امواج طولی و امواج سطحی و ... برخی از متداول ترین نمونه های امواج مکانیکی امواج آب ، امواج صوتی و امواج لرزه ای هستند .
مثال
امواج ریلی
نوعی دیگر از امواج ترکیبی وجود دارند که تحت عنوان موج ریلی (Rayleigh Wave) شناخته می‌شوند. که تو مواد جامد مشاهده شد در این موج، ذرات ماده در مسیری بیضی شکل به حرکت در می‌آیند. در موج ریلی، جهت انتشار در راستای قطر کوچک بیضی است.
موج ریلی در یک محیط الاستیک، نسبت به امواج سطحی ایجاد شده در آب یک تفاوت اساسی دارد. در موج سطحی آب، تمامی ذرات آب، به صورت ساعتگرد یا پادساعتگرد حرکت می‌کنند. این در حالی است که در موج ریلی، جهت چرخش ذرات در سطح و در عمق با هم متفاوت هستند ذره قرار گرفته در سطح، به‌ صورت پادساعتگرد و ذره قرار گرفته در عمق به‌ صورت ساعتگرد حرکت می‌کند.
تمامی امواج چه از نوع امواج مکانیکی و چه از نوع الکتریکی، منتقل‌کننده انرژی هستند. با تقریب خوبی می‌توان گفت میزان انرژی منتقل شده توسط موج، وابسته به توان دوم دامنه Smax و توان دوم فرکانس f آن است. خوب میشه گفت:$P _ { a v g } \propto S _ { \max } ^ { 2 } f ^ { 2 }$ر رابطه فوق
P نشان‌دهنده توان منتقل‌شده توسط موج است. در این صورت شدت موج یا برابر با مقداری از انرژی است که در سطح عمود بر جهت انتشار موج قرار دارد. در :$\begin {aligned} I & = \frac { P _ { a w g } } { A } \\ I & = C \left( \frac { S _ { \max } ^ { 2 } f ^ { 2 } }{ A } \right) \end {aligned} $
C ثابتی است که نحوه تغییرات شدت، نسبت به فرکانس و دامنه را نشان می‌دهد. اگر یک موج از منبعی مشخص در تمامی جهات منتشر شود، در این صورت موج مذکور کروی نامیده می‌شود. در حالی که موج منتشر می‌شود، مساحت منتقل‌کننده انرژی نیز افزایش می‌یابد.اگر شعاع کره برابر با R و توان خروجی نیز ثابت و برابر با P باشد، در این صورت مقدار شدت را می‌توان با استفاده از رابطه زیر توضیح داد.$ I = \frac { P } { 4 \pi R ^ { 2 } } \quad I \propto \frac { 1 } { R ^ { 2 } }$
یک ویژگی مهم امواج مکانیکی این است که دامنه های آنها به روشی غیرمعمول اندازه گیری می شود ، جابجایی تقسیم بر طول موج (کاهش یافته) . وقتی این مورد با وحدت قابل مقایسه باشد ، اثرات غیرخطی قابل توجهی مانند تولید هارمونیک ممکن است رخ دهد ، و اگر به اندازه کافی بزرگ باشد ، ممکن است منجر به اثرات آشفته شود. .
موج عرضی موج است که در آن ذرات از حرکت متوسط در یک جهت عمود بر به جهتی است که حرکت می کند موج. فرض کنید یک اسلینکی به صورت افقی در سر کلاس کشیده شده باشد و با لرزاندن سیم پیچ اول به بالا و پایین ، نبض در سمت چپ اسلینکی وارد شود. انتقال انرژی از طریق لغزنده از چپ به راست آغاز خواهد شد. با انتقال انرژی از چپ به راست ، کویل های جداگانه محیط به سمت بالا و پایین جابجا می شوند. در این حالت ذرات محیط عمود بر جهت حرکت پالس حرکت می کنند. این نوع موج یک موج عرضی است. امواج عرضی همیشه با عمود بودن حرکت ذرات بر حرکت موج مشخص می شوند.
موج طولی موج است که در آن ذرات از حرکت متوسط در یک جهت موازی به جهتی است که حرکت می کند موج. فرض کنید یک اسلینکی به صورت افقی کشیده شده و با لرزاندن سیم پیچ اول به چپ و راست ، نبض در سمت چپ اسلینکی وارد شود. انتقال انرژی از طریق لغزنده از چپ به راست آغاز خواهد شد. با انتقال انرژی از چپ به راست ، کویل های جداگانه محیط به سمت چپ و راست جابجا می شوند. در این حالت ذرات محیط به موازات جهتی که پالس حرکت می کند حرکت می کنند. این نوع موج یک موج طولی است. امواج طولی همیشه با موازی بودن حرکت ذرات با حرکت موج مشخص می شوند.
در حالی که امواجی که در اعماق اقیانوس حرکت می کنند امواج طولی هستند ، امواجی که در امتداد سطح اقیانوس ها حرکت می کنند به عنوان امواج سطحی شناخته می شوند. موج سطحی موج که در آن ذرات از رسانه تحت یک حرکت دایره ای است. امواج سطحی نه طولی هستند و نه عرضی. در امواج طولی و عرضی ، تمام ذرات در کل قسمت از محیط نسبت به جهت انتقال انرژی در یک جهت موازی و عمود (به ترتیب) حرکت می کنند. در یک موج سطحی ، فقط ذرات موجود در سطح محیط هستند که حرکت دورانی دارند. حرکت ذرات با جلو رفتن بیشتر از سطح ، تمایل به کاهش دارد.
طولی یا عرضی بودن یک موج وابسته به حرکت نسبی ذرات ماده نسبت به مسیر انتشار موج است. به طور دقیق‌تر در امواج طولی، حرکت ذرات و موج در یک راستا ولی در امواج عرضی عمود بر هم بودند
انتقال انرژی برای امواج ضروری است. این یک تصور اشتباه وغلط است که امواج جرم را حرکت می دهند. امواج انرژی را در امتداد محوری که جهت انتشار است ، حمل می کنند. .
چه متغیرهایی بر سرعت حرکت موج از طریق یک محیط تأثیر می گذارند؟ آیا فرکانس یا طول موج موج در سرعت آن تأثیر دارد؟ آیا دامنه موج روی سرعت آن تأثیر دارد؟ یا آیا متغیرهای دیگری مانند چگالی جرمی محیط یا خاصیت ارتجاعی محیط عامل تأثیر بر سرعت موج هستند؟
فرض کنید از مولد موج برای تولید چندین امواج در یک طناب از یک کشش قابل اندازه گیری استفاده می شود. طول موج ، فرکانس و سرعت تعیین می شود. سپس فرکانس ارتعاش ژنراتور تغییر می یابد تا تأثیر فرکانس بر سرعت موج بررسی شود. سرانجام ، تنش طناب تغییر می یابد تا اثر کشش بر سرعت موج بررسی شود. داده .ابتدا ، کشش طناب ثابت نگه داشته شد و فرکانس به طور سیستماتیک تغییر کرد. داده های موجود نشان می دهد که تغییر فرکانس موج بر سرعت موج تأثیر نمی گذارد. سرعت تقریباً در حدود ثابت باقی مانده است. . داده ها به طور قانع کننده ای نشان می دهد که فرکانس موج بر سرعت موج تأثیر نمی گذارد. افزایش فرکانس موج باعث کاهش طول موج می شود در حالی که سرعت موج ثابت است.
تست بعدی شامل همان روش با کشش طناب متفاوت بود. مشاهده کنید که سرعت امواج به طور آشکاری با سرعت موج ذر تست بالامتفاوت هست. علت بارز این اختلاف تغییر کشش طناب است. سرعت موج ها در تنش های بالاتر به طور قابل توجهی بیشتر بود. امواج از طنابهای محکم تری با سرعت بالاتر عبور می کنند. بنابراین در حالی که فرکانس بر سرعت موج تأثیر نمی گذارد ، اما کشش در محیط (طناب) تأثیر می گذارد. در حقیقت ، سرعت یک موج به خصوصیات موج وابسته نیست بلکه سرعت موج به خصوصیات محیط مانند کشش طناب بستگی دارد.
یکی از موضوعات این واحد این بوده است که "موج یک اختلال است که از طریق یک محیط حرکت می کند." در این عبارت دو شی dist مشخص وجود دارد - "موج" و "رسانه". این محیط می تواند آب ، هوا ، یا جسمی باشد. این رسانه ها با خواص خود متمایز می شوند - ماده ای که از آن ساخته شده اند و خصوصیات فیزیکی آن ماده مانند تراکم ، دما ، کشش و غیره است. چنین خصوصیات فیزیکی خود ماده را توصیف می کند نه موج. از طرف دیگر ، امواج با ویژگی های خود - دامنه ، طول موج ، فرکانس و غیره از یکدیگر متمایز می شوند. این خصوصیات موج را توصیف می کنند ، نه ماده ای که موج از طریق آن در حال حرکت است. این است که سرعت موج به محیطی که موج از آن در حال حرکت است بستگی دارد. فقط تغییر در خصوصیات محیط باعث تغییر سرعت می شود.حالا چند سوال . یک ازمایشگر اسلینکی را به دیوار متصل می کند و شروع به معرفی پالس هایی با دامنه های مختلف می کند. کدام یک از دو پالس (A یا B) زیر در کمترین زمان از عقب به دیواره می رود؟
آنها رسیدن به دیوار در همان زمان . گول نخورید! دامنه موج تاثیری در سرعت حرکت موج ندارد. Wave A و Wave B هر دو با یک سرعت حرکت می کنند. سرعت موج فقط با تغییر در خصوصیات محیطی که از آن عبور می کند تغییر می کند.
2. سپس ازمایشگر شروع به معرفی پالس هایی با طول موج متفاوت می کند. کدام یک از دو پالس (C یا D) در کمترین زمان از عقب به دیواره می رود؟

آنها رسیدن به دیوار در همان زمان . گول نخورید! طول موج موج تاثیری در سرعت حرکت موج ندارد. Wave C و Wave D هر دو با یک سرعت حرکت می کنند. سرعت موج فقط با تغییر در خصوصیات محیطی که از آن عبور می کند تغییر می کند.
4- دو موج در حال عبور از یک ظرف گاز نیتروژن هستند. موج A دارای طول موج 1.5 متر است. موج B دارای طول موج 4.5 متر است. سرعت موج B باید ________ سرعت موج A باشد.
محیط برای هر دو این امواج یکسان است ("همان ظرف گاز نیتروژن"). بنابراین ، سرعت موج یکسان خواهد بود. تغییرات در خاصیت موج (مانند طول موج) تاثیری در سرعت موج نخواهد داشت. دو موج متفاوت وقتی در یک محیط قرار دارند با همان سرعت حرکت می کنند.
دو برابر شدن فرکانس منبع موج ، سرعت امواج را دو برابر می کند.
سرعت موج تحت تأثیر تغییرات فرکانس قرار نمی گیرد.تصویر

ارسال پست