Uhin higiduraren energia eta intentsitatea

Gai honen hasieran garbi geratu zen bezala, uhin batean energia da garraiatzen dena; uhin harmonikoan kasuan energia hau higiddura harmoniko sinpleari zor zaiona da. Hauxe da jarraian aztertuko duguna. Bide batez, energia hau espazioan zehar nola zabaltzen den ikasiko dugu

Kontsidera dezagun ingurune elastiko batean hedatzen den uhin harmoniko bat. Ingurunearen bibrazioek partikulak harrapatzen dituzte eta higidura harmoniko bat jasaten dute. Uhinaren hedapenean, ikusi genuenez, osziladore harmoniko bakoitzak energia zinetiko eta potentziala daukate, bien batura edozein denbora unetan konstantea izan behar delarik, energiaren kontserbazio printzipioaren arabera. Beraz, garraiatzen den energia ondoko hau izango da:

Ekuazioa21edota Ekuazioa22

Kontuan harturik Ekuazioa34 eta Ekuazioa35erlazioak:

Ekuazioa23

Uhin batean transmititzen den energia uhinaren anplitude eta maiztasunarekiko proportzionalak dira.

Uhinak transmititzen duen energia osoa denbora unitateko uhinaren POTENTZIA emango digu:

Ekuazioa24

Uhinak hedatu egin daitezke gainazal batean edo espazioan. Kasu honetan, ingurunea homogeneoa eta isotropoa bada, iturri edo foku igorleak uhin-fronte esferikoa sortuko du, zentroa foku igorlean egonik.

Uhinen hedapen-norabidea frontearen perpendikularra da, eta abiadura balio berekoa da norabide erradial guztietan.

Atzerapen pixka batez, uhin-higidurak gero eta erradio handiagoko uhin-fronteak sortzen ditu. Hauek guztiek foku zentraletik hartzen dute beren energia, eta energia hori frontearen gainazal osoan zehar banatzen da. Hain zuzen ere, gainazal hori kontuan izanik, beste magnitude berri bat sartu ohi da: INTENTSITATEA.

Uhin baten intentsitatea, uhinaren hedapen norabidearekiko perpendikularki denbora unitatean gainazal unitatea zeharkatzen duen energia da.

Beraz, Ekuazioa25 edota Ekuazioa26

Aurrean esan bezala, uhina ingurune isotropo batean hedatzen bada uhin esferikoa izango da. Kasu honetan uhinaren intentsitatea fokutik r distantzia batera ondokoa izango da:

Ekuazioa27

Zenbait faktoreren eraginez, fokutik nahikoa aldenduta dauden puntuetara uhinak erabat ahulduta iristen dira eta, ondorioz, antzemanezinak dira. Faktore horien artean INDARGABETZEA eta ZURGAPENA nabarmendu ditzakegu.

Indargabetzea

Kontsidera ditzagun fokutik R1 eta R2 distantziara aurkitzen diren bi uhin fronte esferiko. Fronte bakoitzaren intentsitatea hau izango da:

Ekuazioa28

Inguruneak energiarik zurgatzen ez badu denbora unitateko transmititzen den energia konstantea izango da Ekuazioa29 eta ondorioz:

Ekuazioa30

Honek intentsitatea eta fokuarekiko distantziaren karratua alderantziz proportzionalak direla adierazten digu.

Intentsitatea energiaren menpe dagoenez eta hau oszilazioaren anplitudearen karratuarekiko zuzenki proportzionala denez, puntu baten oszilazio anplitudea ere alderantziz proportzionala izango da puntu horren eta uhinaren fokurarteko distantziarekiko.

Ekuazioa31

Uhin esferikoen higiduran uhinaren intentsitatea eta oszilazioaren anplitudea moteltzen joaten dira distantziarekin, oszilazioaren maiztasuna konstante mantentzen bada ere.

Beraz, uhinak ez dira infiniturarte hedatzen ingurunea infinitua izan arren. Aurrean ikusi dugunez fokutik geroz eta urrutiago egon uhinaren anplitudea geroz eta txikiagoa da. Nola esplikatu fenomeno hau?.

Fokutik urruntzen garen heinean agertzen diren uhin fronte esferikoen azalera geroz eta handiagoa da; hau da, partikula kopuru gehiago hasten dira bibratzen. Nahiz eta uhinak transmititzen duen energia osoa konstantea izan, energia hau partikula kopuru handiago batean banatu behar da eta, ondorioz, bakoitzak energia balio txikiagoa jasotzen du, anplitude txikiagoz bibratzen duelarik.

Horrela, uhinaren ekuazioan aldaketa batzuk egin beharko ditugu indargabetzea dela eta:

Ekuazioa32

Zurgapena

Uhina hedatzen den ingurune materiala ez bada erabat elastikoa edota marruskadura indarrak agertzen badira, inguruneak uhinak daraman energiaren zati bat zurgatuko du. Faktore honen ondorioz uhinaren ekuazioa aldatu egin beharko da:Ekuazioa33

SI-ko unitateak

Aurrean ikusitako magnitudeen unitateak ondorengoak dira:

Magnitudea Ikurra Unitatea
Potentzia P watt (w)
Intentsitatea I w·m-2

Proposatutako Ariketak

9.- Zer dela eta uhin fronte laua duen uhin harmoniko baten intentsitatea konstantea mantentzen da eta uhin esferikoen kasuan, aldiz, aldakorra da?. Ondo esplikatu.


10.-
Uhin esferiko baten foku igorlearen potentzia 20 w-koa da. Aurkitu ezazu uhinaren intentsitatea:

  1. fokutik 10 cm-ra
  2. fokutik 10 m-ra

11.- Partikula batek 10 J-tako energia transmititzen du 5 s bitartean eta era jarraian ingurune elastiko, homogeneo eta isotropo batean. Bibrazioaren anplitudea 2 cm-koa da foku igorletik 10 cm-tara dagoen puntu batean. Kalkulatu:

  1. Foku igorletik 50 cm-tara aurkitzen den puntu batean uhin higiduraren anplitudea.
  2. Intentsitatea puntu horretan.
  3. Foku igorletik zein distantziara da uhinaren intentsitatea aurreko atalean kalkulatutakoaren erdia?

12.- Uhin esferiko baten anplitudea 3 faktoreaz txikiagotzen da, A puntutik 5 m-ko distantziara norabide erradialean hedatzean. Zer distantzia dago A puntu horren eta uhinaren fokuaren artean?

6 Comments to "Uhin higiduraren energia eta intentsitatea"

  1. asier wrote:

    Lenoko formatoa dezente gehio gustatzen zitzaiten. Ez dakit oitutago nengoelako baina askozaz ere argiagoa iruditzen zitzaidan.

  2. Jokin wrote:

    Ondo da Asier. Aintzat hartuko dut zure iritzia.

    Datozen egunetan aproban utziko dut theme berri hau eta erabileraren ondoren gehienok horrela pentsatzen baduzue, ez dago arazorik berriro ohiko diseinura bueltatzeko.

    Gaur bertan probatu dut diseinu berri hau eta aurrekoak baino dezente aukera gehiago edukitzeaz gain iruditzen zait hobeto egituratuak daudela edukiak. Eskerrik asko zure aportazioarengatik. Bihar hitz egingo dugu.

  3. Araña wrote:

    Aupa Jokin,

    Hemen nabil azken magnitude hauen inguruko erreflexio batzuk egiten…

    Tontakeria bat irudituko zaizu, baina uhin baten edozein puntutan potentzia berdina dela, hau da, potentzia konstante mantentzen dela dakigun arren, ez diot honi logikotasunik aurkitzen. Izan ere, potentzia energia eta denboraren arteko zatidura denez eta energia (hau bai, ziur) konstantea denez (zurgapenik ez badago), denbora pasa ahala potentziak balio txikiagoa hartu beharko luke. Argituidazu, arren, arazo hau.

  4. Jokin wrote:

    Katxis! zure iruzkina argitaratu baino 5 minutu lehenago joan nintzen ohera eta ez nuen izan momentuan erantzuteko aukerarik.
    Zuk diozun bezala uhinaren potentziak harreman zuzena du fokuak igortzen duen energiaren balioarekin baina zerikusia du ere energia igorpen honek irauten duen denborarekin.
    Adibide bat jarriko dizut: lehergailu batek askatzen duen hedatze-uhina (“onda expansiva”) potentzia handikoa dela esaten denean energia handikoa izateaz gain denbora tarte oso txikian askatu dela esan nahi dugu. Hori da, hain zuzen ere, potentzia. Magnitude horrek, beraz, uhin bakoitzaren kasurako balio zehatza du.
    Distantziarekin aldatzen joango dena uhinaren intentsitatea izango da, jatorrizko uhinaren potentziak balio jakina izan arren.
    Aztertuko dugu gaur klasean atal hau sakonago. Gero arte.

  5. asier wrote:

    kaixo Jokin azkeneko ariketan ez al da daturen bat falta? radio, anplitude ta intentsitaten arteko erlaziokin zeoze ateatzen saiatu naiz, baino ez zait ezer ateatzen :'(

  6. Jokin wrote:

    Je, je,je. Ondo pentsatu Asier. Kontutan hartu intentsitae, anplitude eta erradioen arteko adierazpen matematikoak PROPORTZIOAK direla. Agian ez dituzu puntu bakoitzeko datu konkretuak behar, beraien aarteko proportzioa ezagutzen bait duzu!

    Pentsatu pixka bat, kanpeon!


 
Powered by Wordpress and MySQL. Theme by Shlomi Noach, openark.org