Волны и звук
Бегущая волна на струне
Нажмите «Воспроизвести» — следите, как y = A sin(kx − ωt) бежит; зонд y(t) в центре струны.
Бегущая волна на струне — интерактивная симуляция (Волны и звук). Нажмите «Воспроизвести» — следите, как y = A sin(kx − ωt) бежит; зонд y(t) в центре струны. Бесплатная виртуальная физическая лаборатория в браузере с живыми измерениями в СИ и сопровождаемым туром.
Бегущая волна
Синусоидальное возмущение бежит вдоль струны со скоростью v = √(T/μ).
Каждая точка колеблется поперёк, а узор движется вдоль струны. Волновое число k и циклическая частота ω связаны дисперсионным соотношением для струны.
- y = A sin(kx − ωt)
- v = √(T/μ)
Краткое описание исследования
Спланируйте вопрос до открытия лаборатории
Краткое описание повторяет предрендеренную страницу: движущий вопрос, конкурирующие прогнозы, роли переменных, определяющие законы, ход работы, анализ и задания для развития остаются видимыми и в этом порядке.
Движущий вопрос
Струна при фиксированном натяжении несёт бегущую волну. Если возбуждать её на более высокой частоте, что произойдёт с длиной волны?
Прогнозы для взвешивания
- Длина волны уменьшается — скорость волны фиксирована, и более высокая частота сжимает узор.
- Длина волны увеличивается при более высокой частоте.
- Длина волны не меняется с частотой.
Роли переменных
Что вы задали:
- Частота возбуждения f (Hz)
Что вы измеряете:
- Скорость волны v (m/s)
- Длина волны λ (m)
Как идёт исследование
- Откройте пресет бегущей волны и нажмите «Сброс». Натяжение струны (120 N) и линейная плотность (0.01 kg/m) фиксированы.
- Включите показание длины волны на струне.
- Задайте частоту возбуждения для каждой пробы и запишите длину волны, когда узор установится.
Определяющее уравнение
Скорость волны на струне — v = √(T/μ)
Скорость, с которой поперечная волна бежит по натянутой струне, зависит только от натяжения струны и массы на единицу длины — не от частоты и не от амплитуды.
Универсальное волновое соотношение — v = f·λ
Для любой волны скорость равна частоте на длину волны. Раз v задано струной, рост f вынуждает λ пропорционально сжиматься.
Что печатный рабочий лист предлагает учащимся вывести
- Для одной пробы вычислите v = √(T/μ) при T = 120 Н и μ = 0.01 кг/м, затем λ = v/f. Сравните оба значения с таблицей.
- Скорость волны одинакова во всех трёх пробах. Используя v = fλ, объясните, почему удвоение частоты обязано уполовинить длину волны.
Где это проявляется за пределами лаборатории
- Если увеличить натяжение струны вместо частоты, скорость волны вырастет или упадёт? Длина волны при фиксированной частоте станет больше или меньше?
- Скорость волны зависит от среды (здесь — натяжения и линейной плотности), а не от того, как быстро вы трясёте струну. Объясните, почему частота и скорость волны — независимые величины, задаваемые по отдельности.
- 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
- Добро пожаловать к бегущей волне
- Выберите струну
- Нажмите Play
- Проследите за движением
- Откройте панель свойств
- Готово!
Откройте интерактивную симуляцию, чтобы собрать сцену, нажать Play и исследовать с живыми измерениями и сопровождаемым туром.
Открыть интерактивную лабораторию →