Формула скорости через частоту: Формула скорости волны в физике

Скорость и длина волны | Физика

Каждая волна распространяется с какой-то скоростью. Под скоростью волны понимают скорость распространения возмущения. Например, удар по торцу стального стержня вызывает в нем местное сжатие, которое затем распространяется вдоль стержня со скоростью около 5 км/с.

Скорость волны определяется свойствами среды, в которой эта волна распространяется. При переходе волны из одной среды в другую ее скорость изменяется.

Помимо скорости, важной характеристикой волны является длина волны. Длиной волны называется расстояние, на которое распространяется волна за время, равное периоду колебаний в ней.

Поскольку скорость волны — величина постоянная (для данной среды), то пройденное волной расстояние равно произведению скорости на время ее распространения. Таким образом, чтобы найти длину волны, надо скорость волны умножить на период колебаний в ней:

где

v — скорость волны; T — период колебаний в волне; λ (греческая буква «ламбда») — длина волны.

Выбрав направление распространения волны за направление оси x и обозначив через y координату колеблющихся в волне частиц, можно построить график волны. График синусоидальной волны (при фиксированном времени t) изображен на рисунке 45. Расстояние между соседними гребнями (или впадинами) на этом графике совпадает с длиной волны λ.

Формула (22.1) выражает связь длины волны с ее скоростью и периодом. Учитывая, что период колебаний в волне обратно пропорционален частоте, т. е. T = 1/ν, можно получить формулу, выражающую связь длины волны с ее скоростью и частотой:

Полученная формула показывает, что скорость волны равна произведению длины волны на частоту колебаний в ней.

Частота колебаний в волне совпадает с частотой колебаний источника (так как колебания частиц среды являются вынужденными) и не зависит от свойств среды, в которой распространяется волна. При переходе волны из одной среды в другую ее частота не изменяется, меняются лишь скорость и длина волны.

1. Что понимают под скоростью волны? 2. Что такое длина волны? 3. Как длина волны связана со скоростью и периодом колебаний в волне? 4. Как длина волны связана со скоростью и частотой колебаний в волне? 5. Какие из следующих характеристик волны изменяются при переходе волны из одной среды в другую: а) частота; б) период; в) скорость; г) длина волны?

Экспериментальное задание. Налейте воду в ванну и посредством ритмичных касаний воды пальцем (или линейкой) создайте на ее поверхности волны. Используя разную частоту колебаний (например, касаясь воды один и два раза в секунду), обратите внимание на расстояние между соседними гребнями волн. При какой частоте колебаний длина волны больше?

Длина волны. Скорость распространения волн :: Класс!ная физика

ДЛИНА ВОЛНЫ

СКОРОСТЬ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛН

Что ты должен знать и уметь?

4. Уметь показать графически длину волны ( для продольных и поперечных волн).

ЕЩЁ ОДНА ИГРУШКА
ДЛЯ УМНЕНЬКИХ И ЛЮБОЗНАТЕЛЬНЫХ

Ощути себя физиком-исследователем — нажми здесь.

Сейсмические волны.

Сейсмическими волнами называются волны, распространяющиеся в Земле от очагов землетрясений или каких-нибудь мощных взрывов. Так как Земля в основном твердая, в ней одновременно могут возникать 2 вида волн — продольные и поперечные. Скорость этих волн разная: продольные распространяются быстрее поперечных. Например, на глубине 500 км скорость поперечных сейсмических волн 5км/с, а скорость продольных волн — 10км/с.

Устали? — Отдыхаем!

Эффект Доплера в в физике: определение, примеры, формула

1. Определение эффекта Доплера

Что же происходит и в чём причина этого эффекта?

Нам хорошо известно, что звук — это механические упругие волны. Основными характеристиками любой волны являются:

• длина волны;
• период колебаний в волне;
• частота колебаний в волне;
• амплитуда;
• скорость волны.

Мы будем говорить сейчас о трёх из них — длине волны, скорости волны и частоте колебаний, которые связаны друг с другом формулой  где λ — длина волны, v — скорость волны, а ν — частота колебаний. Если, к примеру, находящийся в воде поплавок начнёт совершать вертикальные колебания, то по воде начнут расходиться круги, расстояние между которыми и будет равно длине волны.

Проводя наблюдения за волнами на воде, Доплер заметил, что когда источник волн приближается к наблюдателю, то длина волны становится немного меньше, а следовательно, частота становится немного больше, то есть количество гребней перед движущимся источником волн больше, чем позади него. Именно поэтому звук приближающегося автомобиля или поезда будет более высоким. С другой стороны, когда источник волн удаляется от наблюдателя, то длина волны становится немного больше, а следовательно, частота становится немного меньше, то есть количество гребней волны позади движущегося источника меньше, чем впереди него. Именно поэтому звук удаляющегося от нас автомобиля или поезда будет более низким.

2. Эксперименты

Чтобы увидеть эффект Доплера своими глазами или услышать своими ушами вовсе не нужны специальные лаборатории или сложные установки. Вот описание двух простых экспериментов, в ходе которых можно его наблюдать.

Возьмите свисток и прикрепите к нему длинную гибкую трубку так, чтобы можно было свистеть в свисток при помощи этой трубки. Если держать трубку и свисток неподвижно и дуть в трубку, то будет слышаться ровный свист, а если раскрутить трубку со свистком, не прекращая дуть в неё, то можно будет услышать как меняется звук свистка при приближении к вам и отдалении от вас. Это и будет наглядным подтверждением эффекта Доплера.

Физика. 9 класс. Дидактические материалы

Данное пособие включает тренировочные задания, тесты для самоконтроля, самостоятельные работы, контрольные работы и примеры решения типовых задач. Предлагаемые дидактические материалы составлены в полном соответствии со структурой и методологией учебника А.В. Перышкина, Е.М. Гутник «Физика. 9 класс».

Второй эксперимент осуществить сложнее, но именно его осуществил в 1845 году голландский метеоролог и химик Христофор Бёйс-Баллот. Суть эксперимента сводилась к тому, что в поезде размещались музыканты-трубачи, которые должны были играть одну и ту же ноту, а на станции, мимо которой проезжал этот поезд, другая группа музыкантов должна была внимательно слушать как меняется тон этого звука при приближении и удалении поезда. Музыканты — люди с очень хорошим слухом, и им как никому другому проще всего определить это изменение, что они успешно и выполнили, подтвердив экспериментально открытый Доплером эффект.

Но самый простой способ убедиться в существовании этого эффекта — прислушаться к сирене машины скорой помощи в момент, когда она приближается к вам и в момент, когда она, проехав мимо вас, удаляется. Звук сирены будет отличаться, хотя никаких изменений в работе сирены на самом деле не происходит. Это и есть эффект Доплера для звуковых волн.

3. Формула и применение

Как уже было сказано, зная скорость источника волн по отношению к неподвижному наблюдателю можно определить регистрируемую приёмником частоту волны. Формулу, позволяющую это сделать, нетрудно вывести, зная, что  (здесь v — скорость волн в данной среде, ν₀ — частота испускаемых источником волн), и, если источник приближается к неподвижному наблюдателю со скоростью u относительно среды, то  и тогда частота, которую будет регистрировать неподвижный приёмник, будет равна:

Если же сам приёмник движется относительно среды со скоростью u₁, то частота регистрируемых им волн будет равна:

Если же и источник, и приёмник движутся относительно друг друга, то:

Эффект Доплера, как вы, наверное, уже догадались, возникает не только при распространении звуковых волн, но и вообще любых волн, в том числе и электромагнитных, одним из видов которых является видимый свет. Если бы наш глаз был сверхчувствителен, то мы могли бы заметить, что как и в случае со звуком, если источник света приближается к наблюдателю, то длина волны становится меньше, а частота больше, и наоборот, если источник света удаляется от наблюдателя, то длина волны увеличивается, а частота уменьшается. То есть свет зелёной лазерной указки при стремительном её приближении к нам наблюдался бы как слегка голубоватый, а при удалении от нас был бы более жёлтым. Но наш глаз различить этого не может, зато точные приборы могут и этот эффект позволил учёным сделать одно очень важное наблюдение — спектры наблюдаемых нами звёзд немного сдвинуты по частоте в меньшую сторону, что называется «красным смещением» и является доказательством того, что галактики удаляются друг от друга, а значит, Вселенная расширяется. Это, пожалуй, самое важное применение эффекта Доплера в фундаментальной науке. Но эффект Доплера и связанные с ним формулы нашли очень широкое применение не только в астрономии. Прежде всего, стоит сказать о медицине. В ультразвуковой диагностике эффект Доплера применяется для исследования внутренних органов человека. А также, именно эффект Доплера лежит в основе действия полицейских радаров, определяющих скорость автомобиля, и камер, следящих за скоростным режимом на дорогах. Эффект Доплера применяется в метеорологии, воздушной навигации, при расчётах траекторий спутников, системах навигации.

Что ещё почитать?

4. Релятивистский эффект Доплера

Выше уже было отмечено, что эффект Доплера применим не только к механическим, но и к электромагнитным волнам. Однако, в случае электромагнитных волн нужно учитывать, что их скорость — есть величина постоянная, не зависящая от направления и скорости движения источника или наблюдателя, и равная с. В этом случае, формулы, аналогичные тем, что приведены для звуковых волн, следует выводить на основании специальной теории относительности Эйнштейна. Это и будет формула релятивистского эффекта Доплера. Не углубляясь в процедуру её вывода, приведём сразу окончательный результат:

Здесь v — это скорость источника относительно приёмника, а угол а — при удалении источника вдоль прямой равен π, а при приближении источника по прямой равен 0.

5. Методические советы учителям

1. При описании эффекта Доплера лучшей демонстрацией будет звукозапись сирены или гудка проезжающего автомобиля. Для этого можно одному или нескольким ученикам предварительно дать задание — записать сигнал проезжающего мимо автомобиля или машины скорой помощи на смартфон. С этой звукозаписи и стоит начать урок.
2. Особое внимание стоит уделить применению эффекта Доплера, а не самим формулам, с ним связанным. Ведь этот эффект используют люди самых разных профессий — сотрудники ДПС, врачи, учёные, метеорологи.
3. Приводимые здесь формулы можно преобразовать и решить несколько вычислительных примеров практической направленности — рассчитать скорость автомобиля или определить изменение звукового тона по частоте.
4. Особое внимание следует уделить применению эффекта Доплера в астрономии и космологии, ведь именно из этого эффекта следует вывод о расширяющейся Вселенной, что в итоге привело к созданию современной космологической модели Вселенной.

Кинематика — Физика — Теория, тесты, формулы и задачи

Оглавление:

Основные теоретические сведения

Система СИ

К оглавлению…

Основные единицы измерения величин в системе СИ таковы:

1. единица измерения длины — метр (1 м),
2. времени — секунда (1 с),
3. массы — килограмм (1 кг),
4. количества вещества — моль (1 моль),
5. температуры — кельвин (1 К),
6. силы электрического тока — ампер (1 А),
7. Справочно: силы света — кандела (1 кд, фактически не используется при решении школьных задач).

При выполнении расчетов в системе СИ углы измеряются в радианах.

Если в задаче по физике не указано, в каких единицах нужно дать ответ, его нужно дать в единицах системы СИ или в производных от них величинах, соответствующих той физической величине, о которой спрашивается в задаче. Например, если в задаче требуется найти скорость, и не сказано в чем ее нужно выразить, то ответ нужно дать в м/с.

Для удобства в задачах по физике часто приходится использовать дольные (уменьшающие) и кратные (увеличивающие) приставки. их можно применять к любой физической величине. Например, мм – миллиметр, кт – килотонна, нс – наносекунда, Мг – мегаграмм, ммоль – миллимоль, мкА – микроампер. Запомните, что в физике не существует двойных приставок. Например, мкг – это микрограмм, а не милликилограмм. Учтите, что при сложении и вычитании величин Вы можете оперировать только величинами одинаковой размерности. Например, килограммы можно складывать только с килограммами, из миллиметров можно вычитать только миллиметры, и так далее. При переводе величин пользуйтесь следующей таблицей.

Таблица дольных и кратных приставок в физике:

Путь и перемещение

К оглавлению…

Кинематикой называют раздел механики, в котором движение тел рассматривается без выяснения причин этого движения.

Механическим движением тела называют изменение его положения в пространстве относительно других тел с течением времени.

Всякое тело имеет определенные размеры. Однако, во многих задачах механики нет необходимости указывать положения отдельных частей тела. Если размеры тела малы по сравнению с расстояниями до других тел, то данное тело можно считать материальной точкой. Так при движении автомобиля на большие расстояния можно пренебречь его длиной, так как длина автомобиля мала по сравнению с расстояниями, которое он проходит.

Интуитивно понятно, что характеристики движения (скорость, траектория и т.д.) зависят от того, откуда мы на него смотрим. Поэтому для описания движения вводится понятие системы отсчета. Система отсчета (СО) – совокупность тела отсчета (оно считается абсолютно твердым), привязанной к нему системой координат, линейки (прибора, измеряющего расстояния), часов и синхронизатора времени.

Перемещаясь с течением времени из одной точки в другую, тело (материальная точка) описывает в данной СО некоторую линию, которую называют траекторией движения тела.

Перемещением тела называют направленный отрезок прямой, соединяющий начальное положение тела с его конечным положением. Перемещение есть векторная величина. Перемещение может в процессе движения увеличиваться, уменьшаться и становиться равным нулю.

Пройденный путь равен длине траектории, пройденной телом за некоторое время. Путь – скалярная величина. Путь не может уменьшаться. Путь только возрастает либо остается постоянным (если тело не движется). При движении тела по криволинейной траектории модуль (длина) вектора перемещения всегда меньше пройденного пути.

При равномерном (с постоянной скоростью) движении путь L может быть найден по формуле:

где: v – скорость тела, t – время в течении которого оно двигалось. При решении задач по кинематике перемещение обычно находится из геометрических соображений. Часто геометрические соображения для нахождения перемещения требуют знания теоремы Пифагора.

Средняя скорость

К оглавлению…

Скорость – векторная величина, характеризующая быстроту перемещения тела в пространстве. Скорость бывает средней и мгновенной. Мгновенная скорость описывает движение в данный конкретный момент времени в данной конкретной точке пространства, а средняя скорость характеризует все движение в целом, в общем, не описывая подробности движения на каждом конкретном участке.

Средняя скорость пути – это отношение всего пути ко всему времени движения:

где: L_полн – весь путь, который прошло тело, t_полн – все время движения.

Средняя скорость перемещения – это отношение всего перемещения ко всему времени движения:

Эта величина направлена так же, как и полное перемещение тела (то есть из начальной точки движения в конечную точку). При этом не забывайте, что полное перемещение не всегда равно алгебраической сумме перемещений на определённых этапах движения. Вектор полного перемещения равен векторной сумме перемещений на отдельных этапах движения.

• При решении задач по кинематике не совершайте очень распространенную ошибку. Средняя скорость, как правило, не равна среднему арифметическому скоростей тела на каждом этапе движения. Среднее арифметическое получается только в некоторых частных случаях.
• И уж тем более средняя скорость не равна одной из скоростей, с которыми двигалось тело в процессе движения, даже если эта скорость имела примерно промежуточное значение относительно других скоростей, с которыми двигалось тело.

Равноускоренное прямолинейное движение

К оглавлению…

Ускорение – векторная физическая величина, определяющая быстроту изменения скорости тела. Ускорением тела называют отношение изменения скорости к промежутку времени, в течение которого происходило изменение скорости:

где: v₀ – начальная скорость тела, v – конечная скорость тела (то есть спустя промежуток времени t).

Далее, если иное не указано в условии задачи, мы считаем, что если тело движется с ускорением, то это ускорение остается постоянным. Такое движение тела называется равноускоренным (или равнопеременным). При равноускоренном движении скорость тела изменяется на одинаковую величину за любые равные промежутки времени.

Равноускоренное движение бывает собственно ускоренным, когда тело увеличивает скорость движения, и замедленным, когда скорость уменьшается. Для простоты решения задач удобно для замедленного движения брать ускорение со знаком «–».

Из предыдущей формулы, следует другая более распространённая формула, описывающая изменение скорости со временем при равноускоренном движении:

Перемещение (но не путь) при равноускоренном движении рассчитывается по формулам:

В последней формуле использована одна особенность равноускоренного движения. При равноускоренном движении среднюю скорость можно рассчитывать, как среднее арифметическое начальной и конечной скоростей (этим свойством очень удобно пользоваться при решении некоторых задач):

С расчетом пути все сложнее. Если тело не меняло направления движения, то при равноускоренном прямолинейном движении путь численно равен перемещению. А если меняло – надо отдельно считать путь до остановки (момента разворота) и путь после остановки (момента разворота). А просто подстановка времени в формулы для перемещения в этом случае приведет к типичной ошибке.

Координата при равноускоренном движении изменяется по закону:

Проекция скорости при равноускоренном движении изменяется по такому закону:

Аналогичные формулы получаются для остальных координатных осей. Формула для тормозного пути тела:

Свободное падение по вертикали

К оглавлению…

На все тела, находящиеся в поле тяготения Земли, действует сила тяжести. В отсутствие опоры или подвеса эта сила заставляет тела падать к поверхности Земли. Если пренебречь сопротивлением воздуха, то движение тел только под действием силы тяжести называется свободным падением. Сила тяжести сообщает любым телам, независимо от их формы, массы и размеров, одинаковое ускорение, называемое ускорением свободного падения. Вблизи поверхности Земли ускорение свободного падения составляет:

Это значит, что свободное падение всех тел вблизи поверхности Земли является равноускоренным (но не обязательно прямолинейным) движением. Вначале рассмотрим простейший случай свободного падения, когда тело движется строго по вертикали. Такое движение является равноускоренным прямолинейным движением, поэтому все изученные ранее закономерности и фокусы такого движения подходят и для свободного падения. Только ускорение всегда равно ускорению свободного падения.

Традиционно при свободном падении используют направленную вертикально ось OY. Ничего страшного здесь нет. Просто надо во всех формулах вместо индекса «х» писать «у». Смысл этого индекса и правило определения знаков сохраняется. Куда направлять ось OY – Ваш выбор, зависящий от удобства решения задачи. Вариантов 2: вверх или вниз.

Приведем несколько формул, которые являются решением некоторых конкретных задач по кинематике на свободное падение по вертикали. Например, скорость, с которой упадет тело падающее с высоты h без начальной скорости:

Время падения тела с высоты h без начальной скорости:

Максимальная высота на которую поднимется тело, брошенное вертикально вверх с начальной скоростью v₀, время подъема этого тела на максимальную высоту, и полное время полета (до возвращения в исходную точку):

Горизонтальный бросок

К оглавлению…

При горизонтальном броске с начальной скоростью v₀ движение тела удобно рассматривать как два движения: равномерное вдоль оси ОХ (вдоль оси ОХ нет никаких сил препятствующих или помогающих движению) и равноускоренного движения вдоль оси OY.

Скорость в любой момент времени направлена по касательной к траектории. Ее можно разложить на две составляющие: горизонтальную и вертикальную. Горизонтальная составляющая всегда остается неизменной и равна v_x = v₀. А вертикальная возрастает по законам ускоренного движения v_y = gt. При этом полная скорость тела может быть найдена по формулам:

При этом важно понять, что время падения тела на землю никоим образом не зависит от того, с какой горизонтальной скоростью его бросили, а определяется только высотой, с которой было брошено тело. Время падения тела на землю находится по формуле:

Пока тело падает, оно одновременно движется вдоль горизонтальной оси. Следовательно, дальность полета тела или расстояние, которое тело сможет пролететь вдоль оси ОХ, будет равно:

Угол между горизонтом и скоростью тела легко найти из соотношения:

Также иногда в задачах могут спросить о моменте времени, при котором полная скорость тела будет наклонена под определенным углом к вертикали. Тогда этот угол будет находиться из соотношения:

Важно понять, какой именно угол фигурирует в задаче (с вертикалью или с горизонталью). Это и поможет вам выбрать правильную формулу. Если же решать эту задачу координатным методом, то общая формула для закона изменения координаты при равноускоренном движении:

Преобразуется в следующий закон движения по оси OY для тела брошенного горизонтально:

При ее помощи мы можем найти высоту на которой будет находится тело в любой момент времени. При этом в момент падения тела на землю координата тела по оси OY будет равна нулю. Очевидно, что вдоль оси OХ тело движется равномерно, поэтому в рамках координатного метода горизонтальная координата изменятся по закону:

Бросок под углом к горизонту (с земли на землю)

К оглавлению…

Максимальная высота подъема при броске под углом к горизонту (относительно начального уровня):

Время подъема до максимальной высоты при броске под углом к горизонту:

Дальность полета и полное время полета тела брошенного под углом к горизонту (при условии, что полет заканчивается на той же высоте с которой начался, т. е. тело бросали, например, с земли на землю):

Минимальная скорость тела брошенного под углом к горизонту – в наивысшей точке подъёма, и равна:

Максимальная скорость тела брошенного под углом к горизонту – в моменты броска и падения на землю, и равна начальной. Это утверждение верно только для броска с земли на землю. Если тело продолжает лететь ниже того уровня, с которого его бросали, то оно будет там приобретать все большую и большую скорость.

Сложение скоростей

К оглавлению…

Движение тел можно описывать в различных системах отсчета. С точки зрения кинематики все системы отсчета равноправны. Однако кинематические характеристики движения, такие как траектория, перемещение, скорость, в разных системах оказываются различными. Величины, зависящие от выбора системы отсчета, в которой производится их измерение, называют относительными. Таким образом, покой и движение тела относительны. Классический закон сложения скоростей:

Таким образом, абсолютная скорость тела равна векторной сумме его скорости относительно подвижной системы координат и скорости самой подвижной системы отсчета. Или, другими словами, скорость тела в неподвижной системе отсчета равна векторной сумме скорости тела в подвижной системе отсчета и скорости подвижной системы отсчета относительно неподвижной.

Равномерное движение по окружности

К оглавлению…

Движение тела по окружности является частным случаем криволинейного движения. Такой вид движения также рассматривается в кинематике. При криволинейном движении вектор скорости тела всегда направлен по касательной к траектории. То же самое происходит и при движении по окружности (см. рисунок). Равномерное движение тела по окружности характеризуется рядом величин.

Период – время, за которое тело, двигаясь по окружности, совершает один полный оборот. Единица измерения – 1 с. Период рассчитывается по формуле:

Частота – количество оборотов, которое совершило тело, двигаясь по окружности, в единицу времени. Единица измерения – 1 об/с или 1 Гц. Частота рассчитывается по формуле:

В обеих формулах: N – количество оборотов за время t. Как видно из вышеприведенных формул, период и частота величины взаимообратные:

При равномерном вращении скорость тела будет определяется следующим образом:

где: l – длина окружности или путь, пройденный телом за время равное периоду T. При движении тела по окружности удобно рассматривать угловое перемещение φ (или угол поворота), измеряемое в радианах. Угловой скоростью ω тела в данной точке называют отношение малого углового перемещения Δφ к малому промежутку времени Δt. Очевидно, что за время равное периоду T тело пройдет угол равный 2π, следовательно при равномерном движении по окружности выполняются формулы:

Угловая скорость измеряется в рад/с. Не забывайте переводить углы из градусов в радианы. Длина дуги l связана с углом поворота соотношением:

Связь между модулем линейной скорости v и угловой скоростью ω:

При движении тела по окружности с постоянной по модулю скоростью изменяется только направление вектора скорости, поэтому движение тела по окружности с постоянной по модулю скоростью является движением с ускорением (но не равноускоренным), так как меняется направление скорости. В этом случае ускорение направлено по радиусу к центру окружности. Его называют нормальным, или центростремительным ускорением, так как вектор ускорения в любой точке окружности направлен к ее центру (см. рисунок).

Модуль центростремительного ускорения связан с линейной v и угловой ω скоростями соотношениями:

Обратите внимание, что если тела (точки) находятся на вращающемся диске, шаре, стержне и так далее, одним словом на одном и том же вращающемся объекте, то у всех тел одинаковые период вращения, угловая скорость и частота.

Все о частотных преобразователях

    Частотные преобразователи — это устройства для плавного изменения частоты вращения синхронных и асинхронных двигателей посредством изменения частоты питающего тока.

    В современной технике благодаря простоте конструкции и обслуживания, небольшим габаритам, высокой надёжности, и низкой стоимости огромное распространение получили именно асинхронные электродвигатели.

    При работе различных устройств, в качестве привода которых применяются асинхронные электродвигатели, часто возникает необходимость в регулировании их скорости вращения.

    Исходя из формулы n = (1 — S)60f/p где n — скорость вращения ротора, S — скольжение, f- частота питающей сети, p — количество пар полюсов.

    Существует три способа регулирования скорости вращения асинхронного двигателя:

• — изменение скольжения. Этот способ используется в двигателях с фазным ротором. В цепь фазного ротора вводится регулировочный реостат. При использовании этого способа можно получить большой диапазон регулирования частоты вращения в сторону понижения. Однако этот способ имеет, и ряд недостатков, основным из которых является большие потери на регулировочном реостате (нагрев) т.е. снижение КПД. Как следствие этот способ применяют для кратковременного снижения частоты вращения.
• — изменение числа пар полюсов. Этот способ предполагает использование специальных двигателей (многоскоростных) имеющих более сложную обмотку статора, позволяющую изменять число пар полюсов, и короткозамкнутый ротор. Недостатком этого метода является ступенчатое регулирование (3000, 1500, 1000, 750, 600 об/мин – 1,2,3,4,5 обмотки с 1,2,3,4,5 парами полюсов соответственно), большая стоимость и громоздкость двигателя.
• — изменение частоты питающего тока (напряжения). На практике этот метод, в общем случае (самый простой), предполагает вместе с частотой изменять и действующее значение подведенного напряжения таким образом, что бы отношение U/f было постоянно. Это (изменение входного напряжения) делается для сохранения перегрузочной способности двигателя с изменением частоты сети.

    В приводах центробежных насосов и вентиляторов, которые являются типичными представителями переменной механической нагрузки (момент нагрузки возрастает с увеличением скорости вращения) используется функция напряжения к квадрату частоты U/f 2 = сonst.

    В более совершенных частотных регуляторах для управления скоростью вращения и электромагнитным моментом двигателя независимо, используется так называемое векторное управление. При этом виде управления необходимо управлять амплитудой и фазой статорного тока (т.е. вектором) в зависимости от положения ротора относительно обмотки статора в каждый момент времени.

    Применение частотных регуляторов. Зачем нужен частотный регулятор?
    Асинхронные двигатели имеют ряд недостатков (сложность регулирования скорости вращения, большие пусковые токи, относительно малый пусковой момент). Однако благодаря своей простоте, надежности и дешевизне получили огромное распространение в промышленности и быту. Применение же частотных регуляторов «устраняет» недостатки асинхронных двигателей и кроме этого позволяет избежать установки различного дополнительного оборудования, уменьшить потери в технологическом процессе, увеличить КПД самого двигателя, уменьшить износ, как самого двигателя, так и оборудования использующегося в данном технологическом процессе.

    Рассмотрим более детально применение частотных регуляторов на примере насосного оборудования. Потери в технологической системе зависят от нагрузки создаваемой потребителями (на неё мы влиять не можем) и гидравлическим сопротивлением элементов этой системы. Так поддержание давления у потребителей на постоянном уровне при изменяющейся нагрузке, возможно только при использовании дополнительного оборудования (различных регуляторов давления, мембранных баков, дроссельных задвижек). Использование этого оборудования создает дополнительное гидравлическое сопротивление и как следствие снижает КПД системы в целом. При использовании частотного регулятора двигатель сам регулирует давление в сети посредством изменения частоты вращения. Кроме того при снижении технологической нагрузки уменьшая частоту вращения насоса, КПД самого насоса тоже возрастает. Таким образом достигается как бы двойной эффект увеличивается КПД системы в целом, за счёт исключения из системы лишнего гидравлического сопротивления и увеличение КПД самого насоса как агрегата.

    Применение частотного регулятора также значительно снижает эксплуатационные затраты связанные с износом оборудования. Плавное регулирование вращения (и плавный пуск) практически полностью позволяют избежать как гидравлических ударов, так и скачков напряжения в электросети (особенно актуально в системах, где предусмотрен частый пуск/остановка насоса).

ЭФФЕКТ ДОПЛЕРА И СКОРОСТЬ СВЕТА

Юшкевич Р.С., Дегтярева Е.Р.

В статье даётся вывод формул к эффекту Доплера без использования закона сложения скоростей, но с использованием принципа постоянства скорости света только относительно источника света. Определена пространственная граница возможности приёма электромагнитных волн. Рассмотрена зависимость скорости света от расстояния. Определен коэффициент для вычисления скорости света.

Для объяснения эффекта допускаем, что свет, идущий от источника света, связан с источником и распространяется от него со скоростью с = 3 · 10⁸ м/с относительно источника. Для приемника скорость света относительно источника будет складываться со скоростью источника v.

Чтобы определить зависимость частоты света ν от скорости v, рассмотрим распространение света от двух источников, один из которых Ѕ движется по направлению от приемника со скоростью v, а другой S₀ покоится.

Рис. 1.

Одинаковые источники излучают свет одинаковой частоты ν₀. Свет относительно источников распространяется с одинаковой скоростью с, поэтому и длина излучаемой волны λ₀ будет одинакова. К приемнику от движущегося источника свет подойдет со скоростью с-v и длина волны λ₀ будет принята за время Т =  (период), а от покоящегося источника — за время Т₀= . Периоды есть величины обратные частотам колебаний и . Подставим значения Т и Т₀ в полученные равенства

 и ,

разделив их почленно, получаем

,

получаем [1] [с. 181].

                       (1)

В случае, когда источник и приемник сближаются, надо знак v заменить на противоположный, получим . Отметим, что с-v и c — это скорости света соответственно относительно приемника и источника света.

Теперь рассмотрим случай, когда источник света движется перпендикулярно направлению на приемник. Учитывая, что свет связан с источником, распространяется относительно его со скоростью с и сносится с ним со скоростью v, чтобы он попал на приемник его надо направить под некоторым углом α так, что sinα = . В этом случае составляющая скорости света, совпадающая с направлением на приемник А будет , составляющая v на это направление равна 0. Чтобы не повторять предыдущие рассуждения, воспользуемся формулой (1), с-v заменим на , а скорость с относительно источника останется неизменной. В результате получаем:

,

что соответствует результату, полученному в опытах Айвса [1] [с. 181].

Рис. 2.

При переходе света от источника к приемнику меняется его частота от ν₀ до ν. Из формулы с=λν следует, что должна меняться и длина волны. Если от источника света шла волна длиной λ₀, то приемник получит ее другой, допустим λ. Получить значение λ можно, воспользовавшись тем, что λ и ν величины обратно пропорциональные . Подставив значение ν из формулы (1), получим

     .            (2)

Для большей уверенности получим эту формулу другим способом.

Любой приемник света может быть и излучателем, значит, он имеет такую же светонесущую среду, как и источник, и свет в ней распространяется со скоростью с. Свет, переходя из среды источника в среду приемника, получает скорость с относительно приемника.

Волна длиной λ₀ от источника к границе раздела сред источника и приемника подходит со скоростью с — v и границу пройдет за время  C самого начала входа волны в сферу среды приемника ее начало приобретает скорость с относительно приеника и за время Т пройдет путь λ = сТ. Подставив значение Т, получаем:

                         (2)

Рис. 3.

В первой половине ХХ в. американский ученый Хаббл в спектрах далеких звезд обнаружил смещение спектральных линий в сторону красной части спектра по сравнению с лабораторными спектрами — «красное смещение». Это означало, что длина принимаемой волны λ больше, чем λ₀ и чем дальше звезда, тем больше «красное смещение».

В формулу (2) входят четыре величины λ, λ₀, с и v. Кo времени открытия «красного смещения» скорость света с постулатом Эйнштейна была закреплена постоянной относительно любой системы отсчета, значит, и λ₀, связанная со скоростью света с и источником излучения, оказалась постоянной. В формуле (2) переменная величина λ, оказалась связанной со скоростью источника v. Увеличение λ вызывает и увеличение v.

«Красное смещение» наблюдается у звезд, расположенным по всем направлениям, поэтому был признан факт расширения Вселенной.

В астрономии связь между λ и v определяется другой формулой [2] [47]

                                                (3)

для удаляющегося источника излучения.

Для одного и того же явления и одних и тех же величин двумя формулами устанавливается разная зависимость! Чтобы разобраться с этим, сравним результаты, которые дают эти формулы при различных v. Ограничений на значение скорости v формулы не требуют. Для удобства длины волн обозначим λ₃ и λ₂ соответственно обозначению формул (3) и (2), в которые они входят. При v=0:

.

При 0< v< с сравним делением:

Если v«с, то  и λ₃ ≈ λ₂. При этих двух условиях результаты практически не противоречат друг другу.

При v = с;  λ₂ превращается в бесконечность, при этом формула (1) дает . Получается, что световая волна от источника к приемнику не попадает, она со скоростью с от источника будет двигаться к приемнику и вместе с источником будет с такой же скоростью уходить от него с — с = 0.

Третье сравнение требует сделать вывод, какая же формула правильно отражает действительность. Происхождение формулы (2) рассмотрено в начале статьи. Теперь рассмотрим, как получается формула (3).

Рис. 4.

Представим, что источник света окружен средой, в которой свет распространяется к приемнику со скоростью с.  Источник света в точке А начал излучать волну. Время излучения одной волны обозначим Т (период). С момента появления начала волны оно начинает перемещаться к приемнику в окружающей среде со скоростью с и за время Т удалится от точки А на расстояние сТ. Но за это же время источник, двигаясь от приемника окажется в точке С, пройдя расстояние АС = vТ, где и окажется конец волны. Расстояние от С до В и будет длиной волны λ = сТ +vТ = (с + v)Т

Если источник не движется, то v = 0 и длина волны будет λ₀ = сТ. Разделив λ на λ₀, получим:

                    (3).

В начале статьи мы рассмотрели среду, которая обеспечивает скорость света с, она либо связана с источником, либо с приемником света. Первая — дает формулы (1) и (2). Вероятность того, что вторая, от далеко расположенного приемника света, на скорость света больше влияла, чем среда источника света, ничтожно мала. Остается среда, не связанная ни с источником ни с приемником света, которая действует подобно воздуху (веществу) на распространение звука. Но отрицательный результат опытов Майкельсона по обнаружению «эфирного ветра» доказал, что такой среды в природе нет. Остается сделать предпочтение формуле (2). Ранее отмечалось, что при удалении источника света со скоростью v = с волна не достигнет приемника, и сигнал не будет получен.

Хабл ввел закон, носящий его имя [2] [с. 120]

v = НD,

где v — скорость удаления источника света, D — расстояние между источником и приемником, Н — коэффициент пропорциональности, называемой постоянной Хабла.

.

1 Мпк = 10⁶ пк; 1пк (парсек) = 3,26 светового года = 3^.10¹³ км.

Найдем расстояние, при котором v = с: ;

D — это радиус сферы, ограничивающей прием прямого электромагнитного излучения из просторов Вселенной. Из прилегающих к этой сфере зон во внутренней ее части электромагнитные излучения могут приходить только в виде радиоволн. В природе не наблюдается какого-либо приоритетного направления в распределения звезд, поэтому радиоизлучение должно приходить со всех сторон равномерно.

Рассмотрим вариант, когда v>с. В этом случае формулы (1) и (2) дают:  и .

Это означает, что волна должна приходить с направления, противоположного тому, где находиться излучатель.

При v = 2с имеем

.

Волна придет без «красного смещения». Определенная в статье граница возможного приема электромагнитного излучения будет верной, если верен закон Хаббла и «красное смещение» вызвано исключительно удалением излучателя. Если же обнаружатся другие факторы, уменьшающие скорость света относительно приемника (а они могут быть), то граница приема волн может быть приближена.

Обратимся теперь к формулам (1) и (2). В них c-v есть скорость света относительно приёмника, обозначим её с₁=с-v откуда v=c-c₁.В формулах v представляет разность скоростей света независимо от природы её возникновения. Принято считать, что это результат удаления источника света. Но эта разность скоростей может возникнуть и за счет уменьшения скорости света с увеличением расстояния. Свет это поток квантов энергии и, возможно, что скорость их может уменьшаться.

Предположим, что скорость света с увеличением расстояния от источника света уменьшается, образно говоря «свет стареет».

Известно, что скорость света уменьшается при переходе из оптически менее плотной среды в более плотную. Вызвано это тем, что, что меняются условия для прохождения света. Уменьшение скорости характеризуется показателем преломления n; , где с — скорость света в вакууме а с₁ — скорость в другой среде.

Если по предположению, скорость света уменьшается с увеличением расстояния от источника света, то, значит, меняются и условия его прохождения, что также можно характеризовать показателем преломления n. Получаем, что уменьшенная скорость света будет .

В статье «Опыт Физо» (ж. «Современные наукоёмкие технологии» №2, 2007г.) для определения скорости света в движущейся среде показатель преломления n был использован в виде , где  часть показателя, определяемая излучающим атомом, а  определяется условиями прохождения света в среде.

Применим такое представление показателя преломления и для вакуума. Если мы приняли предположение, что в вакууме скорость света уменьшается, а вакуум является однородной средой, то уменьшение скорости света должно зависеть только от расстояния и пропорционально ему. Поэтому можно записать ,где D-расстояние до источника света, μ — коэффициент пропорциональности постоянная величина. Скорость принимаемого света будет

Разность между начальной и уменьшенной скоростями света будет

Здесь выражена зависимость между уменьшением скорости света и расстоянием D. Связь между этими же величинами выражает и закон Хабла  где v— скорость удаления звезды, что для приёмника света есть разность с-с₁.

Сравним значения v, которые дают эти два уравнения для предельных значений расстояния D.

Если , то из первого уравнения получаем: , n=1 (для малых расстояний)  и . Из закона Хаббла также получаем .

Если , то из первого уравнения получаем:

Из закона Хаббла получаем

.

Таким образом, для малых расстояний эти уравнения дают одинаковый результат и, значит, для расчетов можно ими пользоваться, как дополняющими друг друга. Воспользуемся этим для определения значения коэффициента пропорциональности μ. Из закона Хаббла находим значение v, например, для

 .

И дальше

Таким же способом вычислим ещё несколько значений μ. Чтобы не утруждать читателя, приведём результаты для

D равных:

Получены значения μ соответственно:

; ; ; ; .

Получается среднее значение

.

При вычислениях степень точности определялась возможностями микрокалькулятора.

В полученных значениях μ показатель степени десяти зависит от выбора единицы измерения расстояния D. Если за единицу длины взять парсек (пк), то получим

Если за единицу длины взять 0,1пк=1дпк (деципарсек), то получим:

.

Получилось удивительное совпадение: гравитационная постоянная в законе всемирного притяжения равна

Если это совпадение не случайно, можно предположить, что кванты световой энергии связаны с излучателем, на это же указывает и связь светонесущей среды с источником света.

Чтобы определить скорость с₁, надо решить относительно n уравнение:

и через n найти скорость с₁.

Для малых значений D можно использовать закон Хаббла.

В статье имеется явное противоречие. Основываясь на понятии о расширении Вселенной, получен вывод о существовании границы возможного приема электромагнитных волн, а, основываясь на естественном уменьшении скорости света, такая граница отсутствует. Получается, что обнаружение такой границы будет являться доказательством расширения Вселенной.

В статье также без убедительных оснований принято предположение о зависимости скорости света от расстояний. Основания для этого предположения будут обнаружены при рассмотрении процесса излучения квантов света атомом.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ:

1. Зисман Г.А., Тодес О.М., Курс общей физики т.3. — М.: «Наука», 1972г.
2. Воронцов — Вельяминов Б.А. Астрономия 10. — М.: «Просвещение», 1983г.

Библиографическая ссылка

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»

(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

Основные определения и формулы

Скорость резания V (м/мин) – это окружная скорость перемещения режущих кромок фрезы. Эта величина определяет эффективность обработки и лежит в рекомендованных для каждого инструментального материала пределах. За один оборот фрезы точка режущей кромки, находящаяся на окружности фрезы диаметра D (мм), сможет пройти путь, равный длине окружности, то есть πD. Для того чтобы определить длину пути, пройденного точкой за одну минуту, нужно умножить длину пути за один оборот на частоту вращения фрезы, то есть πDN (мм/мин). Таким образом, формула для определения скорости резания будет следующей:

V = πDN/1000 (мм/мин).

Частота вращения шпинделя N (об/мин) равняется числу оборотов фрезы в минуту. Вычисляется в соответствии с рекомендованной для данного типа обработки скоростью резания:

N = 1000V/nD (об/мин).

При фрезеровании различают минутную подачу, подачу на зуб и подачу наоборот фрезы.

Подача на зуб Fz (мм/зуб) – величина перемещения фрезы или рабочего стола с заготовкой за время поворота фрезы на один зуб.

Подача на оборот Fo (мм/об) – величина перемещения фрезы или рабочего стола с заготовкой за один оборот фрезы. Подача на оборот равняется произведению подачи на зуб на число зубьев фрезы Z:

Fo = FzZ (мм/об).

Минутной подачей Fm (мм/мин) называется величина относительного перемещения фрезы или рабочего стола с заготовкой за одну минуту. Минутная подача равняется произведению подачи на оборот на частоту вращения фрезы:

Fm = FoN = FzZN (мм/мин).

Глубиной фрезерования h (мм) называется расстояние между обработанной и необработанной поверхностями, измеряемое вдоль оси фрезы.

Шириной фрезерования b (мм) называется величина срезаемого припуска, измеренная в радиальном направлении, или ширина контакта заготовки и инструмента.

Производительность снятия материала Q (см³) – это объем удаляемого материала в единицу времени, определяемый глубиной, шириной обработки и величиной подачи.

Q = (h × b × Fm)/1000.

Формула частоты период время частота цикл в секунду Гц амплитуда длительность периодический период времени до угловой частоты формула длина волны акустическое уравнение отношение длина волны Гц миллисекунда мс расчет вычислить калькулятор t = 1 / f Гц герц в мс Рабочий лист от T до f

Заполните серое поле выше и щелкните мышью на панели вычислений в соответствующем столбце.

Частота означает колебания (циклы) в секунду в Гц = герц = 1 / с.
1 секунда = 1 с = 1000 мс | 1 мс = 0,001 с | 1 мкс = 0,000001 с
cps = циклов в секунду

Осиллоскоп: Ввод ящиков (разд.) и временной разверткой (Y) задают частоту.

Формула для периода (продолжительность цикла) T

Преобразование времени — со временем на

Формулы и уравнения для частоты и длины волны

Формула для частоты: f (частота) = 1/ T (период). f = c / λ = скорость волны c (м / с) / длина волны λ (м). Формула для времени: T (период) = 1/ f (частота). Формула для длины волны: λ (м) = c / f λ = c / f = скорость волны c (м / с) / частота f (Гц). Единица герц (Гц) когда-то называлась cps = количество циклов в секунду.

Выберите: Скорость звука в воздухе при температуре 20 ° C: c = 343 м / с или скорость радиоволн и света в вакууме: c = 299 792 458 м / с. Скорость распространения электрических сигналов по оптоволокну составляет около 9/10 . скорость света ≈ 270 000 км / с. Скорость распространения электрических сигналов по медным кабелям составляет около 2/3 . скорость света ≈ 200000 км / с. Скорость звука c = 343 м / с также равняется 1235 км / h, 767 миль / ч, 1125 фут / с.

Угловая частота составляет ω = 2 π × f

Дано уравнение: y = 50 sin (5000 t) Определите частоту и амплитуду. Ответ: Амплитуда 50 и ω = 5000. Итак, частота f = 1/ T = ω /2 π = 795,77 Гц.

Преобразование: частота в длину волны и наоборот

По оси y показано звуковое давление p (амплитуда звукового давления). Если на графике по оси x показано время t , мы увидим период T = 1/ f . Если на графике по оси x показано расстояние d , мы видим длину волны λ . Наибольшее отклонение или удлинение обозначается как амплитуда a .

Волны можно изобразить как функцию времени или расстояния.Одночастотный волна будет отображаться как синусоида (синосоида) в любом случае. С расстояния На графике длина волны может быть определена. На временном графике период и частота может быть получена. В обоих случаях скорость волны может составлять . определенный. Источник: http://hyperphysics. phy-astr.gsu.edu/hbase/sound/wavplt.html

SI, кратные для герц (Гц)
Значение	Обозначение	Имя		Значение	Обозначение	Имя
10 −1 Гц	Гц	децигерц		10 1 Гц	даГц	декагерц
10 −2 Гц	кГц	сантигерц		10 2 Гц	гГц	гектогерц
10 −3 Гц	мГц	миллигерц		10 3 Гц	кГц	килогерц
10 −6 Гц	мкГц	микрогерц		10 6 Гц	МГц	мегагерц
10 −9 Гц	нГц	наногерц		10 9 Гц	ГГц	гигагерц
10 −12 Гц	пГц	пикогерц		10 12 Гц	ТГц	терагерц
10 −15 Гц	кГц	фемтогерц		10 15 Гц	PHz	петагерц
10 −18 Гц	Гц	аттогерц		10 18 Гц	Гц	эксагерц
10 −21 Гц	Гц	зептогерц		10 21 Гц	Гц	зеттахерц
10 −24 Гц	ггц	йоктогерц		10 24 Гц	Ягц	йоттахерц
Обычные единицы с префиксом выделены жирным шрифтом.

Типичный вопрос: какова связь между длиной волны, температурой и частотой?

Калькулятор Masterclock (тактовая частота)

Калькулятор с опорной частотой

Для настройки вниз можно изменить опорную частоту и настройку фортепиано.

100 центов эквивалентно полутону (полутону).

Названия нот: сравнение английской и немецкой систем

Расчет гармоник от основной частоты

Учебное пособие по физике: Волновое уравнение

Как обсуждалось в Уроке 1, волна возникает, когда вибрирующий источник периодически мешает первой частице среды.Это создает волновой узор, который начинает перемещаться по среде от частицы к частице. Частота, с которой вибрирует каждая отдельная частица, равна частоте вибрации источника. Точно так же период колебаний каждой отдельной частицы в среде равен периоду колебаний источника. За один период источник способен переместить первую частицу вверх из состояния покоя, обратно в состояние покоя, вниз из состояния покоя и, наконец, обратно в состояние покоя. Это полное возвратно-поступательное движение составляет один полный волновой цикл.

На диаграммах справа показаны несколько «снимков» образования волны внутри веревки. Изображается движение возмущения по среде через каждую четверть периода. Обратите внимание, что за время, которое проходит от первого до последнего снимка, рука совершила одно полное движение вперед-назад. Срок истек. Обратите внимание, что за это же время передний фронт возмущения переместился на расстояние, равное одной полной длине волны.Итак, за один период волна прошла расстояние в одну длину волны. Объединив эту информацию с уравнением для скорости (скорость = расстояние / время), можно сказать, что скорость волны также является длиной волны / периодом.

Поскольку период является обратной величиной частоты, выражение 1 / f можно подставить в приведенное выше уравнение для периода. Преобразование уравнения дает новое уравнение вида:

Приведенное выше уравнение известно как волновое уравнение.Он устанавливает математическое соотношение между скоростью ( v ) волны и ее длиной (λ) и частотой ( f ). Используя символы v , λ и f , уравнение можно переписать как

В качестве проверки вашего понимания волнового уравнения и его математического использования при анализе волнового движения рассмотрите следующий вопрос из трех частей:

Стэн и Анна проводят хитрый эксперимент.Они изучают возможное влияние нескольких переменных на скорость волны в обтяжке. Их таблица данных показана ниже. Заполните пропуски в таблице, проанализируйте данные и ответьте на следующие вопросы.

1. По мере увеличения длины волны в однородной среде ее скорость будет _____.

2. По мере увеличения длины волны в однородной среде ее частота будет _____.

3. Скорость волны зависит от (т. Е. Причинно зависит от) …

а. свойства среды, в которой распространяется волна

г. длина волны.

г. частота волны.

г.как длина волны, так и частота волны.

В приведенном выше примере показано, как использовать волновое уравнение для решения математических задач. Это также иллюстрирует принцип, согласно которому скорость волны зависит от свойств среды и не зависит от свойств волны. Несмотря на то, что скорость волны вычисляется путем умножения длины волны на частоту, изменение длины волны не влияет на скорость волны.Скорее, изменение длины волны влияет на частоту обратным образом. Удвоение длины волны приводит к уменьшению частоты вдвое; пока скорость волны не изменилась.

1. Две волны на одинаковых струнах имеют частоты в соотношении 2: 1. Если их волновые скорости одинаковы, то как сравнивать их длины волн?

а.2: 1

г. 1: 2

г. 4: 1

г. 1: 4

2. Мак и Тош стоят на расстоянии 8 метров друг от друга и демонстрируют движение поперечной волны на змее. Волна e может быть описана как имеющая вертикальное расстояние 32 см от впадины до гребня, частота 2.4 Гц и горизонтальное расстояние 48 см от гребня до ближайшего желоба. Определите амплитуду, период, длину и скорость такой волны.

3. Дон и Арам протянули между собой пояс и начали экспериментировать с волнами. Поскольку частота волн удваивается,

а. длина волны уменьшается вдвое, а скорость остается постоянной

г. длина волны остается постоянной, а скорость удваивается

г. длина волны и скорость уменьшаются вдвое.

г. длина волны и скорость остаются постоянными.

4. Колибри с рубиновым горлом взмахивает крыльями со скоростью около 70 взмахов крыльев в секунду.

а. Какая частота звуковой волны в Герцах?

г.Если предположить, что звуковая волна движется со скоростью 350 м / с, какова длина волны?

5. Во время шторма наблюдается движение океанских волн по поверхности воды. Метеостанция береговой охраны отмечает, что расстояние по вертикали от верхней точки до нижней точки составляет 4,6 метра, а по горизонтали — 8,6 метра между соседними гребнями. Волны обрушиваются на станцию ​​каждые 6.2 секунды. Определите частоту и скорость этих волн.

6. Две лодки стоят на якоре на расстоянии 4 метров друг от друга. Они подпрыгивают вверх и вниз, возвращаясь в одно и то же верхнее положение каждые 3 секунды. Когда один наверху, другой внизу. Между лодками никогда не бывает гребней волн. Рассчитайте скорость волн.

13.2 Свойства волн: скорость, амплитуда, частота и период

Геология: физика сейсмических волн

Рис. 13.9 Разрушительный эффект землетрясения — очевидное свидетельство энергии, переносимой землетрясением. Оценка землетрясений по шкале Рихтера зависит как от их амплитуды, так и от переносимой ими энергии. (Старшина 2-го класса Кэндис Вильярреал, ВМС США)

Геологи в значительной степени полагаются на физику при изучении землетрясений, поскольку землетрясения включают в себя несколько типов волновых возмущений, включая возмущение поверхности Земли и возмущения давления под поверхностью.Поверхностные волны землетрясений похожи на поверхностные волны на воде. Волны под поверхностью Земли имеют как продольную, так и поперечную составляющие. Продольные волны при землетрясении называются волнами давления (P-волнами), а поперечные волны называются поперечными волнами (S-волнами). Эти два типа волн распространяются с разными скоростями, и скорость, с которой они распространяются, зависит от жесткости среды, в которой они движутся. Во время землетрясений скорость продольных волн в граните значительно превышает скорость поперечных волн.Оба компонента землетрясений распространяются медленнее в менее твердых материалах, таких как отложения. P-волны имеют скорость от 4 до 7 км / с, а S-волны — от 2 до 5 км / с, но оба они быстрее в более жестких материалах. P-волна постепенно опережает S-волну по мере прохождения через земную кору. По этой причине разница во времени между P- и S-волнами используется для определения расстояния до их источника, эпицентра землетрясения.

Мы знаем из сейсмических волн, вызванных землетрясениями, что части недр Земли жидкие. Сдвиговые или поперечные волны не могут проходить через жидкость и не передаются через ядро ​​Земли. Напротив, сжатие или продольные волны могут проходить через жидкость и проходить через сердцевину.

Все волны несут энергию, а энергию землетрясений легко наблюдать, исходя из количества повреждений, оставшихся после того, как земля перестала двигаться. Землетрясения могут повергнуть в землю целые города, выполняя работу тысяч разрушающих шаров. Количество энергии в волне зависит от ее амплитуды.Землетрясения большой амплитуды вызывают большие смещения грунта и больший ущерб. По мере распространения землетрясений их амплитуда уменьшается, поэтому чем дальше они удаляются от источника, тем меньше повреждений.

Контроль захвата

Какая связь между скоростью распространения, частотой и длиной волны S-волн при землетрясении?

1. Соотношение между скоростью распространения, частотой и длиной волны: vw = fλ.vw = fλ.
2. Соотношение между скоростью распространения, частотой и длиной волны vw = fλ. vw = fλ.
3. Соотношение между скоростью распространения, частотой и длиной волны: vw = λf.vw = λf.
4. Связь между скоростью распространения, частотой и длиной волны равна vw = fλ.vw = fλ.

Как рассчитать частоту | Sciencing

Обновлено 22 декабря 2020 г.

Крис Дезил

Звук и свет — два примера передачи энергии периодическими пульсациями или волнами.

Частота пульсаций, то есть количество волн, возникающих в единицу времени — обычно в секунду — определяет характеристики передаваемой энергии.Например, высокочастотные звуковые волны имеют высокий тон, а высокочастотные световые волны обладают высокой энергией в ультрафиолетовой части спектра.

Непрактично подсчитывать количество звуковых или световых волн, проходящих через точку каждую секунду, но вы можете рассчитать частоту (измеренную в герцах или циклах в секунду), если знаете два других параметра: длину волн и их скорость. коробка передач. Расчет скорости, частоты и длины волны волн занимает центральное место в современной физике.

Формула скорости волны

Основная формула скорости волны, которую можно изменить в соответствии с вашими потребностями, — это

c = \ lambda \ nu

, где c = — скорость света, или 3.0 × 10 ⁸ м / с; λ (греческая буква лямбда) — длина волны, часто выражаемая в сотнях нанометров в видимом спектре света; и ν (греческая буква ню) — частота, также обозначаемая как f и выражаемая в волновых циклах в секунду, или s ^-1 . Это означает, что

\ nu = \ frac {c} {\ lambda}

Определите длину волны передаваемой энергии. Для видимого света цвет света определяет длину волны. Если вы просто измеряете волны, распространяющиеся по поверхности воды, вы определяете длину волны, измеряя расстояние между соседними гребнями или соседними впадинами.

Измерьте или найдите скорость волны. Наблюдая за водной волной, вы можете просто рассчитать время, которое требуется корыту, чтобы добраться от одной заранее определенной точки до другой. Однако свет и звук распространяются слишком быстро, чтобы их можно было измерить, поэтому вы должны посмотреть их скорости, обязательно принимая во внимание среду, через которую они движутся — обычно это воздух.

Преобразуйте значения расстояния и скорости в совместимые единицы. Например, если вы измерили длину волны воды в дюймах и ее скорость в футах в секунду, преобразуйте длину волны в футы или скорость в дюймы в секунду.

Разделите длину волны на скорость, чтобы вычислить частоту, выраженную, как описано выше, как количество циклов в секунду, или Герц — написанное «Гц». Например, волна на воде с длиной волны 1 фут, движущаяся со скоростью 4 дюйма в секунду, имеет частоту 1/3 фута в секунду, деленную на 1 фут = 0,33 Гц.

Точно так же синий свет с длиной волны 476 нанометров (миллиардных долей метра), проходящий через воздух со скоростью 299 792 458 метров в секунду, имеет частоту: 299 792 458 м / с ÷ 0.000000475 м = 631 триллион Гц или 631 терагерц (ТГц).

Видео с вопросом: Расчет частоты волны по ее скорости и смещению — график расстояний

Стенограмма видеозаписи

На диаграмме показана волна. Какова частота волны, если ее скорость составляет 150 метров в секунду?

Мы видим на этой диаграмме картину волны. Смещение волны в метрах отображается в зависимости от расстояния, пройденного волной по горизонтали, снова в метрах.Основываясь на информации на этом рисунке, а также на том, что нам сказано в постановке задачи, мы хотим определить частоту этой волны.

Для этого мы свяжем частоту волны со скоростью и длиной волны. Мы можем вспомнить математическое уравнение, которое помогает нам в этом. Это уравнение говорит, что скорость волны 𝑣 равна частоте волны 𝑓, умноженной на длину волны. В нашем случае мы хотим вычислить не скорость волны, а частоту волны. Если мы разделим обе части нашего уравнения скорости волны на длину волны, то обнаружим, что частота волны равна скорости волны, деленной на длину волны.

В постановке задачи нам сообщается, что такое 𝑣. 150 метров в секунду. Вот с какой скоростью движется эта волна, но мы еще не знаем ее длину,. Однако мы можем использовать информацию на нашем графике, чтобы найти ее. Прежде всего, давайте вспомним, что такое длина волны в целом. Длина волны — это расстояние по направлению движения волны, необходимое для завершения одного полного цикла движения.

Рассматривая эту волну на нашем графике, мы могли бы начать с впадины волны, самой низкой точки, и один полный цикл перешел бы к следующей впадине.Или, что то же самое, мы могли бы начать с нулевой точки здесь, а затем одна длина волны была бы расстоянием оттуда до другой нулевой точки с аналогичным наклоном. Или еще один способ рассчитать длину волны — начать с гребня, верхней точки, а затем рассчитать расстояние до следующего гребня. Все эти расстояния одинаковы, и все они равны одной длине волны этой волны.

Итак, давайте воспользуемся одним из этих измерений, чтобы вычислить, в частности, длину волны этой волны.Давайте посмотрим, что мы решили вычислить длину волны этой волны, используя здесь это расстояние, расстояние между этими двумя нулевыми точками вдоль волны. Мы видим, что мы начинаем с расстояния двух метров и заканчиваем на расстоянии шести метров. Следовательно, длина волны 𝜆 равна шести метрам минус два метра, или четыре метра.

В качестве быстрой проверки обратите внимание, что мы получили бы тот же результат, если бы использовали, скажем, расстояние от одного пика до другого. В этом случае мы должны рассчитать расстояние от одного метра до пяти метров, которое, опять же, составляет четыре метра.Итак, наш расчет длины волны кажется правильным. Четыре метра — это длина волны именно этой волны. Зная это, теперь мы можем заменить 𝜆 на четыре метра в нашем уравнении частоты. И мы можем заменить скорость волны 𝑣 заданной скоростью 150 метров в секунду.

Теперь, прежде чем вычислять эту дробь, обратите внимание, что происходит с единицами измерения в выражении. И в числителе, и в знаменателе у нас есть единицы измерения. Следовательно, эта единица отменяется. И мы получим единицу обратных секунд или единицу сверх секунд.Эта единица, обратная секунда, эквивалентна единице герц, обозначенной символом Гц. Это означает, что ответ на наш вопрос будет дан в этих единицах герц.

А если разделить 150 на четыре, то получится 37,5 герц. Исходя из скорости волны и длины волны, каждую секунду времени эта волна проходит 37 с половиной полных циклов. Другими словами, переход от гребня к гребню, от впадины к впадине или где-то посередине, если он проходит через один полный цикл.Это частота волны.

Simple Harmonic Motion (SHM) — частота, ускорение, смещение, скорость, графики SHM, период времени, система масса-пружина, маятник, энергия

Щелкните здесь, чтобы получить ответы на вопросы и домашнее задание по SHM.

Щелкните — для ответов SHM.

Объекты могут колебаться по-разному, но действительно важной формой колебаний является SHM или простое гармоническое движение.

Объект совершает простое гармоническое движение (SHM) if;

1. Ускорение объекта прямо пропорционально его смещению на из положения равновесия.
2. , ускорение всегда направлено к положению равновесия.

Частота (f) колебания измеряется в герцах (Гц), это количество колебаний в секунду. Время одного колебания называется периодом (T), оно измеряется в секундах.

Ускорение — мы можем рассчитать ускорение объекта в любой точке его колебания, используя приведенное ниже уравнение.

В этом уравнении; a = ускорение в мс ^-2 , f = частота в Гц, x = смещение от центрального положения в м.

Смещение — При использовании приведенного ниже уравнения калькулятор должен быть в радианах, а не в градусах! мы можем рассчитать смещение объекта в любой точке его колебания, используя приведенное ниже уравнение.

Члены в этом уравнении такие же, как и в приведенных выше уравнениях. Дополнительные члены в этом уравнении: A = амплитуда (максимальное смещение) в м, t = время с начала колебания в с.

Скорость — мы можем рассчитать скорость объекта в любой точке его колебания, используя приведенное ниже уравнение.

Члены в этом уравнении такие же, как и в приведенных выше уравнениях. Дополнительный член в этом уравнении: v = скорость в мс ^-1 .

Графики ШМ

Когда мы строим график перемещения, скорости и ускорения во время SHM в зависимости от времени, мы получаем графики ниже.

Уравнение скорости упрощается до следующего уравнения, если мы просто хотим знать максимальную скорость.

Уравнение ускорения упрощается до приведенного ниже уравнения, когда мы просто хотим знать максимальное ускорение.

Временной период системы масса-пружина

Период времени маятника

SHM и Энергетика

Для маятника, подвергающегося воздействию SHM, энергия передается вперед и назад между кинетической и потенциальной энергией. Полная энергия остается прежней и равна кинетической энергии + потенциальной энергии (см. График ниже).

Ссылки на другие страницы;

Концепции Momentum

Круговое движение

Принудительные колебания и резонанс

Свойства света — Принципы структурной химии

Частота и длина волны могут быть связаны через скорость света. Свет движется со скоростью 3,00 x 10 ⁸ метров в секунду. Скорость света, частоту и длину волны можно выразить уравнением. λν = c f решается относительно c, скорости света. v представляет частоту, а λ представляет длину волны.Как упоминалось ранее, это обратная зависимость, потому что по мере увеличения одного из значений другое значение уменьшается. С помощью этого основного уравнения вы также можете решить для длины волны и частоты, чтобы получить их уравнения.

Вот пример задачи определения энергии: сколько кг / моль энергии содержится в фотоне с λ = 550 нм?

На шаге 1 решения проблемы вам необходимо определить уравнение, в котором вы будете использовать.В этой задаче я использовал уравнение энергии, потому что оно запрашивает количество энергии. Затем я подключил числа. Мы знаем постоянную Планка, но нам также дается длина волны, когда в уравнении энергии нет переменной для длины волны. Как мы решим эту проблему?

На шаге 2 я использовал длину волны, чтобы найти частоту. Я использовал уравнение скорости света. Как только я решил для частоты в уравнении света, я вставил полученные числа. Мы знаем скорость света, а также длину волны, потому что она задана в задаче.Хотя длина волны указана в нм, я преобразовал ее в m, чтобы ее было легче решить в дальнейшем в задаче. Чтобы преобразовать нм в м, я разделил 550 нм на 10 ^-9 . Частота затем определяется после подключения скорости света и длины волны.

На шаге 3 я вставил постоянную Планка и частоту, найденную на шаге 2, в уравнение энергии. Это не окончательный ответ, поскольку в задаче требуется килоджоулей на моль в Джоулях.

На шаге 4 я идентифицировал номер Авоградо.Используется для определения килоджоулей на один моль. Затем я умножил число Авоградо на энергию в Джоулях, полученную на этапе 3.

На последнем этапе я преобразовал полученный ответ в Джоулях на моль в килоджоули на моль. Для этого я умножил ответ, полученный на шаге 4, на 0,001 кДж (или вы можете разделить на 1000 кДж), чтобы получить окончательный ответ как 217,5 кДж / моль.

Свет может иметь множество разных форм и свойств. Длина волны и частота — это самые основные свойства, которые могут быть связаны как прямо, так и обратно.Уравнение скорости света показывает обратную зависимость между длиной волны и частотой, потому что по мере увеличения одного значения другое значение уменьшается.