Fale i dźwięk

Fala bieżąca na strunie

Naciśnij Odtwórz — patrz, jak y = A sin(kx − ωt) się propaguje; sonda y(t) w środku struny.

Fala bieżąca na strunie — interaktywna symulacja: Fale i dźwięk. Naciśnij Odtwórz — patrz, jak y = A sin(kx − ωt) się propaguje; sonda y(t) w środku struny. Bezpłatne wirtualne laboratorium fizyki w przeglądarce z pomiarami na żywo w SI i samouczkiem prowadzonym.

Fala bieżąca

Sinusoidalne zaburzenie biegnie wzdłuż struny z prędkością v = √(T/μ).

Każdy punkt drga poprzecznie, a wzorzec przesuwa się wzdłuż struny. Liczba falowa k i częstość kołowa ω są związane relacją dyspersji dla struny.

• y = A sin(kx − ωt)
• v = √(T/μ)

Krótki opis badania

Zaplanuj pytanie, zanim otworzysz pracownię

Krótki opis odzwierciedla stronę statyczną: pytanie badawcze, konkurujące przewidywania, role zmiennych, prawo rządzące i co mierzyć.

Pytanie badawcze

Struna pod stałym naciągiem niesie falę bieżącą. Jeśli wymusisz wyższą częstotliwość, co stanie się z długością fali?

Prognozy do rozważenia

• Długość fali maleje — prędkość fali pozostaje stała, więc wyższa częstotliwość ściska wzorzec.
• Długość fali rośnie przy wyższej częstotliwości.
• Długość fali nie zmienia się z częstotliwością.

Role zmiennych

Co ustawiasz:

• Częstotliwość wymuszania f (Hz)

Co mierzysz:

• Prędkość fali v (m/s)
• Długość fali λ (m)

Jak przebiega badanie

1. Otwórz preset fali bieżącej i naciśnij Reset. Naciąg struny (120 N) i gęstość liniowa (0.01 kg/m) są stałe.
2. Włącz odczyt długości fali na strunie.
3. Ustaw częstotliwość wymuszania dla każdej próby i zapisz długość fali, gdy wzorzec się ustabilizuje.

Równanie rządzące

Prędkość fali na strunie — v = √(T/μ)

Prędkość fali poprzecznej na naciągniętej strunie zależy tylko od naciągu i masy na jednostkę długości — nie od częstotliwości ani amplitudy.

Uniwersalna zależność falowa — v = f·λ

Dla każdej fali prędkość równa się częstotliwości razy długość fali. Ponieważ v ustala struna, podniesienie f wymusza proporcjonalne skrócenie λ.

Co karta do druku każe uczniom wyliczyć

• Dla jednej próby oblicz v = √(T/μ) przy T = 120 N i μ = 0.01 kg/m, a potem λ = v/f. Porównaj obie wartości z tabelą.
• Prędkość fali jest ta sama we wszystkich trzech próbach. Używając v = fλ, wyjaśnij, dlaczego podwojenie częstotliwości musi zmniejszyć długość fali o połowę.

Gdzie to wychodzi poza pracownię

• Gdybyś zwiększył naciąg struny zamiast częstotliwości, prędkość fali wzrośnie czy zmaleje? Czy długość fali przy stałej częstotliwości będzie dłuższa czy krótsza?
• Prędkość fali zależy od ośrodka (tu: naciąg i gęstość liniowa), nie od tego, jak szybko trzęsiesz struną. Wyjaśnij, dlaczego częstotliwość i prędkość fali to niezależne wielkości, ustawiane osobno.

• 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. Witamy w fali bieżącej
2. Zaznacz strunę
3. Naciśnij Play
4. Patrz, jak się rusza
5. Otwórz panel Właściwości
6. Udało się!

Otwórz interaktywną symulację, zbuduj scenę, naciśnij Play i badaj z pomiarami na żywo oraz przewodnikiem.

Otwórz interaktywną pracownię →

Pobierz kartę pracy →

Równanie falowe