Cómo calcular la velocidad de la onda

Velocidad, frecuencia y longitud de onda de onda

Digamos que tenemos una señal electromagnética que se propaga por el espacio. Se mueve como una onda con una longitud de onda, λ, y una frecuencia de oscilación, f . La longitud de onda es el período en el espacio (también conocido como período espacial) de una forma de onda. Es la distancia física entre un punto de la ola y el siguiente punto correspondiente. La frecuencia es el número de crestas que pasan por un lugar determinado en un tiempo determinado. La cresta es la parte máxima de la curva. La velocidad de la onda , v, es la velocidad a la que la forma de la onda se propaga en el espacio. En esta lección calculamos v basándonos en λ y f .

Es posible que esté familiarizado con la idea del período . A menudo usamos la letra T para el período. T es el tiempo entre dos porciones consecutivas de una curva repetida. La longitud de onda, λ, sin embargo, es un período en el espacio. Tenga en cuenta que el eje horizontal está etiquetado como x . En este ejemplo, λ = 2 metros.

La longitud de onda

Imagínese sentado en un lugar específico en el eje x . A medida que la ola se mueve hacia la derecha, registra la altura de la ola sobre el eje x . En t = 0 segundos, la altura es el valor positivo total. En t = 1 segundo, la onda se ha movido hacia la derecha pero nos quedamos quietos. Nuestra observación en t = 1 segundo, es una altura que sigue siendo positiva pero menor que la máxima. Si continuamos observando la altura de la ola, veremos que pasa por valores positivos, negativos y de regreso a positivos. La cantidad de tiempo que tarda en volver al valor en t = 0 segundos es el período temporal, T .

Idea de frecuencia

La figura empieza a ponerse ajetreada pero la idea es la misma. Continúe haciendo observaciones de la altura de las olas desde una ubicación particular en el eje x . En este ejemplo, tomará 8 segundos obtener la misma altura observada con la que comenzamos. Por tanto, el período, T , es de 8 segundos. La frecuencia es la recíproca del período. Por tanto, f = 1/8 hertz. Tenga en cuenta que hertz (Hz abreviado) es 1 ciclo por segundo.

Velocidad de onda

¿Puedes visualizar la ola moviéndose hacia la derecha? ¿Ves las marcas verdes en la cresta en t = 0 segundos? Esta misma marca verde se ha movido 2 metros para la ola en t = 8 segundos. Por tanto, la velocidad, v, es 2 metros en 8 segundos o 1/4 m en 1 segundo.

Relacionar las tres cantidades

La relación entre la velocidad de onda, la frecuencia y la longitud de onda es

dónde

• la frecuencia, f , se mide en hercios
• la longitud de onda, λ, se mide típicamente en metros usando el sistema métrico y en pies para el sistema inglés de unidades
• la velocidad, v, se mide en metros por segundo o en pies por segundo o en alguna otra combinación conveniente de unidad de distancia por unidad de tiempo

Más precisamente, nuestra ecuación es la velocidad de la onda porque la velocidad es una cantidad vectorial que especifica tanto la dirección como la magnitud. Sin embargo, comúnmente usamos el término velocidad de onda cuando en realidad estamos describiendo la velocidad de onda.

Tenga en cuenta, en el ejemplo,

• f = 1/8 Hz
• λ = 2 metros

Observamos una velocidad de 1/4 m / seg, que concuerda con

v = λ f ‘= 2 (1/8) = 1/4 m / seg

Espacio libre y otros medios

En el espacio libre sin material dieléctrico para ralentizar la onda, la velocidad de onda de la onda electromagnética es la velocidad de la luz. Un dieléctrico es un material que soporta un campo eléctrico mientras es un mal conductor de electricidad.

Lo que nuestros ojos perciben como luz azul es una onda electromagnética con una longitud de onda de aproximadamente 475 nm (» n » significa » nano » y es 10 -9 ). La frecuencia de esta luz es 630 THz (» T » significa » Tera » y es 10 12 ). Por lo tanto, la velocidad de esta onda es

En la segunda línea, reemplazamos f y λ con los valores numéricos. Las unidades se omiten por simplicidad, teniendo cuidado de recordar hercios por metros es ciclos por segundo por metros, que son metros por segundo. Tenga en cuenta que los ciclos son una cantidad adimensional.

2.99×10 8 m / seg es aproximadamente 3×10 8 m / seg. Esta es la velocidad de la luz en el espacio libre y generalmente se designa con la letra «c». ¿Qué pasa con la propagación en un medio que no sea el espacio libre?

El cable coaxial se usa comúnmente para conectar un transmisor o receptor a una antena. Un cable coaxial tiene un conductor central rodeado por un conductor blindado. Estos conductores están separados por un material dieléctrico como el polietileno. Una onda electromagnética que se propaga en un cable coaxial viaja más lento que la velocidad de la luz. Por ejemplo, una onda de radio de frecuencia de 7 MHz («M» significa Mega y es 10 6 ) tiene una longitud de onda de 34 metros cuando se propaga a través de un tramo de cable coaxial. Calculemos la velocidad de la onda.

Esta velocidad de onda es aproximadamente el 80% de la velocidad de la luz. Este porcentaje se denomina comúnmente factor de velocidad , V f , y el fabricante lo publica como un número decimal. En este ejemplo, el factor de velocidad se publicaría como 0,8. Si conocemos el factor de velocidad, la velocidad de la onda es

Ejemplo: Calcule la velocidad de onda en un cable coaxial con factor de velocidad 0.66.

La onda viaja más lentamente en el material coaxial. Para obtener la velocidad de la onda, multiplicamos la velocidad de la luz por el factor de velocidad.

Resumen de la lección

Repasemos lo que hemos aprendido. La longitud de onda es el período en el espacio (también conocido como período espacial) de una forma de onda. Es la distancia física entre un punto de la ola y el siguiente punto correspondiente. La frecuencia es el número de crestas que pasan por un lugar determinado en un tiempo determinado. La cresta es la parte máxima de la curva. La velocidad de la onda , v, es la velocidad a la que la forma de la onda se propaga en el espacio. El período es el tiempo entre dos porciones consecutivas de una curva repetitiva.

La longitud de onda está representada por este símbolo de longitud de onda: & lambda. La frecuencia está representada por f , la velocidad está representada por ‘v’ y el período está representado por ‘T’. La relación entre la velocidad, la frecuencia y la longitud de onda de la onda es:

Rodrigo Ricardo Editor y fundador