Aallot ja ääni

Etenevä aalto narussa

Paina Toista – katso y = A sin(kx − ωt) edetä; mittaa y(t) narun keskeltä.

Etenevä aalto narussa – interaktiivinen Aallot ja ääni-simulaatio. Paina Toista – katso y = A sin(kx − ωt) edetä; mittaa y(t) narun keskeltä. Ilmainen selaimessa toimiva virtuaalinen fysiikkalaboratorio, jossa on reaaliaikaiset SI-mittaukset ja opastettu tutoriaali.

Etenevä aalto

Sinimuuntainen häiriö etenee narua pitkin nopeudella v = √(T/μ).

Jokainen piste värähtelee poikittaisesti, kun kuvio liikkuu narua pitkin. Aaltoluku k ja kulmataajuus ω ovat yhteydessä narun dispersiorelaation kautta.

• y = A sin(kx − ωt)
• v = √(T/μ)

Tutkimustiivistelmä

Suunnittele kysymys ennen laboratorion avaamista

Tiivistelmä vastaa esirendattua sivua: tutkimuskysymys, kilpailevat ennusteet, muuttujien roolit, hallitsevat lait, kokoonpano sekä analyysi- ja laajennuskysymykset pysyvät näkyvissä tässä järjestyksessä.

Tutkimuskysymys

Kiinteällä jännityksellä oleva naru kantaa etenevää aaltoa. Jos ajet sitä korkeammalla taajuudella, mitä aallonpituudelle tapahtuu?

Punniteltavat ennusteet

• Aallonpituus lyhenee – aallon nopeus pysyy kiinteänä, joten korkeampi taajuus puristaa kuviota.
• Aallonpituus pitenee korkeammalla taajuudella.
• Aallonpituus ei muutu taajuuden mukana.

Muuttujien roolit

Mitä asetat:

• Ajotaajuus f (Hz)

Mitä mittaat:

• Aallon nopeus v (m/s)
• Aallonpituus λ (m)

Miten tutkimus etenee

1. Avaa etenevä aalto -esiasetus ja paina Nollaa. Narun jännitys (120 N) ja linjatiheys (0.01 kg/m) ovat kiinteät.
2. Ota käyttöön aallonpituuden lukema narussa.
3. Aseta ajotaajuus jokaiselle suoritukselle ja kirjaa aallonpituus, kun kuvio on vakaa.

Hallitseva yhtälö

Aallon nopeus narussa — v = √(T/μ)

Nopeus, jolla poikittaisaalto kulkee venytettyä narua pitkin, riippuu vain narun jännityksestä ja massasta pituusyksikköä kohden – ei taajuudesta eikä amplitudista.

Yleinen aaltosuhde — v = f·λ

Mille tahansa aallolle nopeus on yhtä suuri kuin taajuus kertaa aallonpituus. Koska v on kiinnitetty narusta, f:n nostaminen pakottaa λ:n pienenevän verrannollisesti.

Mitä tulostettava työarkki pyytää opiskelijoita selvittämään

• Yhdelle suoritukselle laske v = √(T/μ) arvoilla T = 120 N ja μ = 0.01 kg/m, sitten λ = v/f. Vertaa molempia taulukkoon.
• Aallon nopeus on sama kaikissa kolmessa suorituksessa. Selitä kaavalla v = fλ, miksi taajuuden kaksinkertaistamisen on puolitettava aallonpituus.

Missä tämä näkyy laboratorion ulkopuolella

• Jos lisäisit narun jännitystä taajuuden sijaan, kasvaisiko vai laskisiko aallon nopeus? Piteneekö vai lyheneekö aallonpituus kiinteällä taajuudella?
• Aallon nopeus riippuu väliaineesta (tässä jännitys ja linjatiheys), ei siitä, kuinka nopeasti ravistat narua. Selitä, miksi taajuus ja aallon nopeus ovat riippumattomia suureita, jotka asetat erikseen.

• AP Physics 2 — Unit 14: Waves, Sound, and Physical Optics
• IB Physics — C.2 Wave model
• General High School Physics — Waves & sound
• NGSS High School Physics — Wave properties
• Middle School Physical Science — Wave amplitude and energy
• Middle School Physical Science — Waves meeting materials

1. Tervetuloa etenevään aaltoon
2. Valitse naru
3. Paina Toista
4. Katsele sitä liikkuvan
5. Avaa Ominaisuudet-paneeli
6. Onnistuit!

Avaa interaktiivinen simulaatio rakentaaksesi kohtauksen, paina Toista ja tutki reaaliaikaisten mittausten ja opastetun tutoriaalin kanssa.

Avaa interaktiivinen laboratorio →

Lataa työarkki →

Aaltoyhtälö