Fazna hitrost proti skupinski hitrosti
Fazna hitrost in skupinska hitrost sta dva zelo pomembna pojma v fiziki. Imajo ključno vlogo na področjih, kot so valovna mehanika, optika, kvantna mehanika in celo zvočna tehnika. Bistvenega pomena je dobro razumevanje tako fazne hitrosti kot skupinske hitrosti, da bi blesteli na takih področjih. V tem članku bomo razpravljali o tem, kaj sta fazna in skupinska hitrost, definiciji skupinske in fazne hitrosti, njuni uporabi, njuni podobnosti in na koncu razlika med tema dvema.
Kaj je fazna hitrost?
Fazna hitrost je koncept, o katerem razpravljamo pri širjenju valov. Fazna hitrost valovanja je hitrost "faze", ki se širi. Za pojasnilo predpostavimo greben vala, ki potuje v smeri x osi. Fazna hitrost je x komponenta hitrosti izbrane točke na vrhu. To lahko dobite tudi tako, da valovno dolžino delite s časom, ki je potreben, da ena valovna dolžina preide izbrano točko. Ta čas je enak periodi nihanja, ki valovanje povzroča. Zdaj razmislite o standardnem sinusnem A sin (wt – kx), kjer je w kotna hitrost vira, t je čas, k je valovno število (število celotnih valovnih dolžin na dolžino 2π) in x je položaj na osi x. Na grebenu je wt – kx enak nič. Zato je fazna hitrost (x/t) enaka w/k. matematično je vrednost p=wt – kx faza vala.
Kaj je skupinska hitrost?
Skupinska hitrost je obravnavana pod superpozicijo valov. Da bi razumeli skupinsko hitrost, moramo najprej razumeti koncept superpozicije. Ko se dva vala prestrežeta v prostoru, je posledično nihanje nekoliko zapleteno kot sinusno vedenje. Delec v točki niha z različnimi amplitudami. Največja amplituda je sozvočje dveh amplitud prvotnih valov. Najmanjša amplituda je najmanjša razlika med dvema izvirnima amplitudama. Če sta amplitudi enaki, je največja dvakratna amplituda, najmanjša pa nič. Zaradi jasnosti predpostavimo, da sta dva modulirana vala enake amplitude in različnih frekvenc. To povzroči, da se val z višjo frekvenco ovije v val z nižjo frekvenco. To povzroči skupino valov, zapakiranih v ovojnico. Hitrost te ovojnice je skupinska hitrost valovanja. Upoštevati je treba, da je pri stoječem valu skupinska hitrost enaka nič. Da je skupinska hitrost enaka nič, morata biti oba vala enake frekvence in morata imeti nasprotno smer potovanja.
Kakšna je razlika med skupinsko hitrostjo in fazno hitrostjo?
• Fazna hitrost je definirana tako za posamezne valove kot za prekrivajoče se valove.
• Skupinska hitrost je definirana samo za prekrivajoče se valove.
• Skupinska hitrost je hitrost vala z nižjo frekvenco, fazna hitrost pa je hitrost vala z višjo frekvenco.
