Πώς είναι πειραματικά η ταχύτητα ενός κύματος;
Κατανόηση ιδιοτήτων κύματος
* μήκος κύματος (λ): Η απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών (ή κοιλιακών) ενός κύματος.
* Συχνότητα (f): Ο αριθμός των κύκλων κύματος που περνούν ένα σταθερό σημείο ανά δευτερόλεπτο.
* ταχύτητα (v): Η απόσταση Το κύμα ταξιδεύει ανά μονάδα χρόνου.
Η θεμελιώδης σχέση
Η ταχύτητα ενός κύματος σχετίζεται άμεσα με το μήκος κύματος και τη συχνότητα του:
v =fλ
Πειραματικές μέθοδοι
1.
* Ρύθμιση:
* Δημιουργήστε ένα κύμα σε μια συμβολοσειρά ή σε μια δεξαμενή κυματισμού.
* Σημειώστε ένα σημείο εκκίνησης για το κύμα.
* Χρησιμοποιήστε έναν χάρακα για να μετρήσετε την απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών (μήκος κύματος, λ).
* Χρησιμοποιήστε ένα χρονόμετρο για το χρόνο πόσο καιρό χρειάζεται για να περάσετε ένα ορισμένο αριθμό κυμάτων.
* Υπολογισμός:
* Συχνότητα (f): Διαχωρίστε τον αριθμό των κυμάτων που μετρήθηκαν από τη στιγμή που χρειάστηκε να περάσουν.
* ταχύτητα (v): Πολλαπλασιάστε τη συχνότητα (F) από το μήκος κύματος (λ).
2. Χρησιμοποιώντας έναν μετρητή ταχύτητας ήχου (για ηχητικά κύματα):
* Ρύθμιση:
* Χρησιμοποιήστε έναν μετρητή ταχύτητας ήχου, ο οποίος συνήθως εκπέμπει έναν ήχο παλμό και μετρά το χρόνο που χρειάζεται για να επιστρέψει ο παλμός αφού αντανακλά έναν στόχο.
* Υπολογισμός:
* Ο μετρητής ταχύτητας ήχου υπολογίζει άμεσα την ταχύτητα του ήχου χρησιμοποιώντας την απόσταση από τον στόχο και το χρόνο που χρειάζεται για την επιστροφή του παλμού.
3. Χρησιμοποιώντας ένα στροβοσκόπιο (για κύματα σε δεξαμενή κυματισμού):
* Ρύθμιση:
* Δημιουργήστε κύματα σε μια δεξαμενή κυματισμού.
* Ρυθμίστε τη συχνότητα του στροβοσκοπίου έως ότου τα κύματα φαίνεται να παγώνουν εγκαίρως.
* Υπολογισμός:
* Η συχνότητα του στροβοσκοπίου θα είναι ίση με τη συχνότητα των κυμάτων (F).
* Μετρήστε την απόσταση μεταξύ δύο διαδοχικών κορυφών (λ).
* Υπολογίστε την ταχύτητα (V) χρησιμοποιώντας V =Fλ.
Σημαντικές εκτιμήσεις
* Ακρίβεια: Εξασφαλίστε ακριβείς μετρήσεις του μήκους κύματος και του χρόνου. Χρησιμοποιήστε έναν κυβερνήτη με κατάλληλη ακρίβεια και ένα χρονόμετρο με καλή ανάλυση.
* Τύπος κύματος: Η μέθοδος που χρησιμοποιείτε θα εξαρτηθεί από τον τύπο του κύματος που ερευνάτε.
* Περιβάλλον: Η ταχύτητα του ήχου και άλλων κυμάτων μπορεί να επηρεαστεί από παράγοντες όπως η θερμοκρασία και το μέσο.
Παράδειγμα:Μέτρηση της ταχύτητας των κυμάτων σε μια συμβολοσειρά
1. Μετρήστε το μήκος κύματος: Ας υποθέσουμε ότι μετράτε την απόσταση μεταξύ δύο κορυφών σε 0,2 μέτρα (λ =0,2 m).
2. Μετρήστε τη συχνότητα: Μετράτε 10 κύματα που περνούν ένα σημείο σε 5 δευτερόλεπτα. Η συχνότητα είναι 10 κύματα / 5 δευτερόλεπτα =2 Hz (F =2 Hz).
3. Υπολογίστε την ταχύτητα: Η ταχύτητα του κύματος είναι V =Fλ =2 Hz * 0.2 m =0.4 m/s.
Επιτρέψτε μου να ξέρω αν θέλετε περισσότερες λεπτομέρειες σε οποιαδήποτε από αυτές τις μεθόδους!
