Что называют длиной волны в физике 11 класс кратко

Обновлено: 03.07.2024

Морские волны — далеко не все примеры волн. И длина волны — это не серферская характеристика, а вполне себе физическая величина. Сегодня разберемся, что такое волна и как ее охарактеризовать.

О чем эта статья:

Волна: продольная и поперечная

Начнем с того, что волна — это распространение колебания в пространстве.

Волны бывают механическими и электромагнитными.

Механические волны — это те волны, колебания которых можно почувствовать физически, потому что они распространяются в упругой среде.

Например, звук. Когда звук распространяется внутри какого-либо вещества, мы можем ощутить его прикосновением.

Представьте, что вы стоите на железнодорожных путях. Нет, вы не Анна Каренина, вы — экспериментатор.

Если к вам приближается поезд, вы рано или поздно его услышите. Вернее, услышите, как только звуковая волна со скоростью 𝑣 = 330 м/с достигнет ваших ушей.

Если приложить ухо к рельсу, то это произойдет значительно быстрее, потому что скорость звука в твердом теле больше, чем в воздухе. Кстати, под водой скорость звука больше, чем в воздухе, но меньше, чем в твердых телах.

Если вы когда-нибудь трогали музыкальную колонку, то знаете, что звук чувствуется и на ощупь.

Электромагнитные волны — это те волны, которые мы потрогать не можем.

Для них работают все те же самые законы, просто их скорость значительно больше и равна скорости света c = 3 · 10 8 м/с. И источники у них разные.

Волны также принято делить на продольные и поперечные:

Продольные — это те волны, у которых колебание происходит вдоль направления распространения волны.

Дрожание окон во время грома или сейсмические волны (землетрясения) — это пример продольных волн.

Поперечные — волны, у которых колебание происходит поперек направления распространения волны.

Представьте, что вы запустили волну из людей на стадионе — она будет поперечной.
Видимый свет и дрожание гитарной струны — тоже поперечные волны.

На самом деле в ней есть и продольная, и поперечная составляющие, поэтому ее нельзя отнести к конкретному типу.

Длина волны: определение и расчет

Конечно, у любой волны есть характеристики. Одна из таких характеристик — это длина волны.

Еще длиной волны можно назвать расстояние, пройденное волной, за один период колебания.

Период — это время, за которое происходит одно колебание. То есть, если дано время распространения волны и количество колебаний, можно рассчитать период.

Формула периода колебания волны

T = t/N

N — количество колебаний [—]

Курсы подготовки к ОГЭ по физике помогут снять стресс перед экзаменом и получить высокий балл.

Связь со скоростью

Чтобы вывести формулу скорости через длину волны, нужно вспомнить формулу скорости из кинематики — это раздел физики, в котором изучается движение тел без учета внешнего воздействия).

Формула скорости

𝑣 = S/t

Переходя к волнам, можно провести следующие аналогии:

А для скорости даже аналогия не нужна — скорость и в Африке скорость.

Формула скорости волны

𝑣 = λ/T

λ — длина волны [м]

Задачка

Лодка совершает колебания на волнах. За 40 с она совершила 10 колебаний. Какова скорость распространения волны, если расстояние между соседними гребнями волны равно 1 м?

Решение:

Резонанс

Если громко говорить в одном помещении с гитарой — можно услышать, как на ней начал играть призрак. На самом деле частота струны совпала с частотой голоса и возник резонанс.

На графике ниже можно увидеть, что на некоторой частоте резко увеличивается амплитуда. Эта частота называется частотой резонанса.

Частота — это величина, обратная периоду. Она показывает, за какое время происходит одно колебание.

Формула частоты

ν = N/t

N — количество колебаний [—]

В мире существует очень много историй про то, как солдаты шли в ногу по мосту, он впал в резонанс и все провалились. А вот еще одна история про гидрологов — как говорится, из первых уст🙂

Команда гидрологов — специалистов по внутренним водам — работала на Алтае и изучала местную реку. Через реку был протянут веревочный мост, а по центру моста стояла лебедка, которая помогает поднять пробу воды из речки, не спускаясь до нее.

В один из дней экспедиции начался сильный, почти штормовой, ветер. Исследователи работали на мосту, а когда поняли, что находиться на веревочной конструкции в такой сильный ветер небезопасно, начали с него уходить. Как только последний человек из команды сделал шаг с моста на землю, мост вместе с лебедкой разнесло в щепки. Это произошло из-за того, что частота ветра совпала с собственной частотой раскачивающегося моста. Хорошо, что история закончилась именно так.

Длина волны - это расстояние между двумя последовательными пиками (гребнями) или впадинами. Самое высокое положение волны называется пиком. Самое нижнее положение волны называется впадиной.

Цикл - это полное колебание, например, кривая между двумя гребнями или двумя впадинами. Максимальное расстояние волны от равновесного положения называется амплитудой.

На рисунке показаны основные параметры волны, используемые в физике:

Определение и формула длины волн

Волна - это возмущение, распространяющееся от точки, в которой она возникла, в окружающую среду. Такое возмущение переносит энергию без чистого переноса вещества.

Длина представляет собой фактическое расстояние, пройденное волной, которое не всегда совпадает с расстоянием среды, или частиц, в которых распространяется волна. Ее также определяют как пространственный период волнового процесса.

Греческая буква "λ" (лямбда) в физике используется для обозначения длины в уравнениях. Она обратно пропорциональна частоте волны.

Период Т — время завершения полного колебания, единица измерения секунды (с).

Длинная волна соответствует низкой частоте, а короткая - высокой. Длина измеряется в метрах. Количество волн, излучаемых в каждую секунду, называется частотой и обратно пропорционально периоду.

У различных длин разная скорость распространения. Например, скорость света в воде равна 3/4 от скорости в вакууме.

Частота f — количество полных колебаний в единицу времени. Измеряется в Герцах (Гц).

При одном полном колебании в секунду f = 1 Гц; при 1000 колебаний в секунду f = 1 килогерц (кГц); 1 млн. колебаний в секунду f = 1 мегагерц (1 МГц).

Зная, что скорость света в вакууме с — 300 000 км/с, или 300 000 000 м/с, то для перевода длины волны в частоту нужно 3 х 10 8 м/с поделить на длину в метрах.

Единицы измерения длины волны λ - нанометры и ангстремы, где нанометр является миллиардной частью метра (1 м = 109 нм) и ангстрем является десятимиллиардной частью метра (1 м = 1010 А), то есть нанометр эквивалентен 10 ангстрем (1 нм = 10 А).

Свет, который исходит от Солнца, является электромагнитным излучением, которое движется со скоростью 300 000 км/с, но длина не одинакова для любого фотона, а колеблется между 400 нм и 700 нм. Длина световой волны влияет на цвет.

Белый свет разлагается на спектр различных цветных полос, каждая из которых определяется своей длиной волны. Таким образом, светом с наименьшей длиной является фиолетовый, который составляет около 400 нм, а светом с наибольшей длиной - красный, который составляет около 700 нм.

Таблица показывает длину волны в зависимости от цвета:

Излучения с длиной меньше фиолетового называются ультрафиолетовым излучением, рентгеновским и гамма-лучами в порядке уменьшения. Излучения больше красного называются инфракрасными, микроволнами и радиоволнами, в порядке возрастания.

Предельная дальность связи зависит от длины. Размеры антенны часто превышают рабочую длину радиоэлектронного средства.

Рисунок показывает длину волн и частоту (нм), исходящих от различных источников:

Примеры расчета длины волны для звуковых, электромагнитных и радиоволн

Задача №1

Скорость звука в воде 1450 м/с. На каком расстоянии находятся ближайшие точки, совершающие колебания в противоположных фазах, если частота колебаний равна 725 Гц?

Задача №2

Мимо неподвижного наблюдателя, стоящего на берегу озера, за 6 с. прошло 4 гребня волны. Расстояние между первым и третьим гребнями равно 12 м. Определить период колебания частиц волны, скорость распространения и длину волны.

Задача №3

Голосовые связки певца, поющего тенором (высоким мужским голосом), колеблются с частотой от 130 до 520 Гц. Определите максимальную и минимальную длину излучаемой звуковой волны в воздухе. Скорость звука в воздухе 330 м/с.

Механические волны

1.
Колебания, распространяющиеся в пространстве с течением времени, называются волнами. Волна переносит в среде энергию, но не переносит вещество среды.

2.
Различают поперечные и продольные волны. В поперечной волне колебания частиц среды происходят перпендикулярно направлению ее распространения, а в продольной — вдоль этого направления. Механические волны могут распространяться только в упругих средах.

3.
Используя уравнение гармонической бегущей волны, можно определить смещение различных точек шнура в любой момент времени.

4.
Расстояние, на которое распространяется волна за время, равное одному периоду колебаний, называют длиной волны.

5.
Все волны распространяются с конечной скоростью. Длина волны зависит от скорости ее распространения и частоты колебаний.

От скорости υ распространения волны и частоты колебаний частиц v зависит длина волны:

6.
По форме фронта волны и волновых поверхностей проводится классификация волн. Существуют плоские и сферические волны.

7.
Продольные волны в среде с частотой колебаний от 17 до 20 000 Гц называют звуковыми или акустическими. Скорость звуковых волн зависит от свойств среды и температуры.

Электромагнитные волны

В электромагнитной волне происходят колебания на пряженности электрического поля и индукции магнитного поля.
Векторы и перпендикулярны друг другу и направлению распространения волны.
Электромагнитные волны являются поперечными.

2.
Электромагнитные волны переносят энергию. Плотностью потока электромагнитного излучения I называют отношение электромагнитной энергии ΔW, прошедшей за время Δt через поверхность площадью S, перпендикулярную лучам, к произведению площади S на время Δt:

Плотность потока электромагнитного излучения источника обратно пропорциональна квадрату расстояния от источника и прямо пропорциональна четвертой степени частоты колебаний:

3.
Электромагнитные волны отражаются от проводящих поверхностей и преломляются на границе диэлектриков.

4.
Впервые электромагнитные волны получил Г. Герц.
Основываясь на опытах Герца, А. С. Попов изобрел радио.

5.
Радиотелефонная связь осуществляется следующим образом:
Высокочастотные колебания, вырабатываемые генератором, модулируются колебаниями низкой (звуковой) частоты.
Антенна передающей станции излучает модулированную электромагнитную волну.
В радиоприемнике модулированные высокочастотные колебания преобразуются в колебания низкой частоты.
Этот процесс называют детектированием.

6.
С помощью электромагнитных волн осуществляются радиосвязь, радиовещание, радиолокация, космическая связь, мобильная связь и др.

Механические волны. Физика, учебник для 11 класса - Класс!ная физика

Длина волны λ может быть измерена между любыми двумя точками волны с одинаковой фазой, максимумами, минимумами или узлами волны.

Длина́ волны́ — расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, обычно длина волны обозначается греческой буквой . [1] По аналогии с волнами, возникающими в воде от брошенного камня, длиной волны является расстояние между двумя соседними гребнями волны. Одна из основных характеристик колебаний. Измеряется в единицах расстояния (метры, сантиметры и т. п.). Величина <\lambda>" width="" height="" />
, обратная длине волны, называется волновым числом и имеет смысл пространственной частоты.

Получить соотношение, связывающее длину волны с фазовой скоростью () и частотой () можно из определения. Длина волны соответствует пространственному периоду волны, то есть расстоянию, которое точка с постоянной фазой проходит за время, равное периоду колебаний , поэтому

$\lambda = vT = \frac<v> = \frac<2\pi v><\omega>.$

Волнам де Бройля также соответствует определенная длина волны. Частице с энергией Е и импульсом p, соответствуют:

Примеры

Приближённо, с ошибкой около 0,07%, рассчитать длину радиоволны можно так: 300 делим на частоту в мегагерцах, получаем длину волны в метрах, например для 80 Гц, длина волны 3750 километра, для 89 МГц — 3,37 метра, для 2,4 ГГц — 12,5 см.

Точная формула для расчёта длины волны электромагнитного излучения в вакууме выглядит так:

$\lambda = \frac<c> ,$

где — скорость света, равная в Международной системе единиц (СИ) 299 792 458 м/с точно.

Для определения длины волны электромагнитного излучения в какой-либо среде следует использовать формулу:

$\lambda = \frac<c> ,$

где — показатель преломления среды для излучения с данной частотой.

Согласно замыслу одного из участников Википедии, на этом месте должен располагаться специальный раздел.
Вы можете помочь проекту, написав этот раздел.

Примечания

↑Мякишев Г. Я., Буховцев Б. Б. Колебания и волны // Физика. Учебник для 11 класса общеобразовательных учреждений. — 12-е изд. — М .: Просвещение, 2004. — С. 121. — 336 с. — 50 000 экз. — ISBN 5-09-013165-1

Литература

Найти и оформить в виде сносок ссылки на авторитетные источники, подтверждающие написанное. статью.

Wikimedia Foundation . 2010 .

Полезное

Смотреть что такое "Длина волны" в других словарях:

длина волны — расстояние между двумя ближайшими точками гармонической волны, находящимися в одинаковой фазе. Длина волны λ = vT, где Т период колебаний, ? фазовая скорость волны. * * * ДЛИНА ВОЛНЫ ДЛИНА ВОЛНЫ, расстояние между двумя ближайшими точками… … Энциклопедический словарь

длина волны — (λ) Расстояние, на которое смещается поверхность равной фазы волны за один период колебаний. [ГОСТ 7601 78] длина волны Расстояние, проходимое упругой волной за время, равное одному полному периоду колебаний. [BS EN 1330 4:2000. Non… … Справочник технического переводчика

ДЛИНА ВОЛНЫ — (обозначение l), расстояние между следующими друг за другом точками волны, находящимися в одинаковой ФАЗЕ. Например, длину морской волны можно измерить как расстояние от гребня до гребня. Длина волны видимого света (колеблющаяся в пределах от 390 … Научно-технический энциклопедический словарь

ДЛИНА ВОЛНЫ — пространственный период волны, т. е. расстояние между двумя ближайшими точками гармонич. бегущей волны, находящимися в одинаковой фазе колебаний, или удвоенное расстояние между двумя ближайшими узлами или пучностями стоячей волны. Д. в. l связана … Физическая энциклопедия

ДЛИНА ВОЛНЫ — расстояние между двумя ближайшими точками гармонической волны, находящимися в одинаковой фазе. Длина волны l = uT, где T период колебаний, u фазовая скорость волны … Большой Энциклопедический словарь

длина волны — Расстояние по горизонтали между двумя последовательными гребнями или подошвами волны … Словарь по географии

ДЛИНА ВОЛНЫ — (Length of wave) расстояние между гребнями (вершинами) двух смежных волн. Самойлов К. И. Морской словарь. М. Л.: Государственное Военно морское Издательство НКВМФ Союза ССР, 1941 … Морской словарь

длина волны — 3.42 длина волны (wavelength): Расстояние между двумя точками одинаковых фаз двух последовательных волновых циклов, измеряемое в направлении распространения волны. Длина волны λ зависит от фазовой скорости vp и частоты f и рассчитывается по… … Словарь-справочник терминов нормативно-технической документации

ДЛИНА ВОЛНЫ — хар ка гармонич. волны, равная расстоянию между двумя ближайшими точками, разность фаз волны в к рых равна 2ПИ. Д. в. X связана с частотой колебаний v и фазовой скоростью волны u соотношением Лямбда = u/v. См. рис. К ст. Длина волны … Большой энциклопедический политехнический словарь

длина волны — Wavelength Длина волны Расстояние между двумя ближайшими друг к другу точками, колеблющимися в одинаковых фазах, обычно длина волны обозначается греческой буквой λ. По аналогии с возникающими волнами в воде от брошенного в неё камня… … Толковый англо-русский словарь по нанотехнологии. - М.

Читайте также: