Fasesnelheid vs Groepssnelheid
Fasesnelheid en groepssnelheid zijn twee zeer belangrijke concepten in de natuurkunde. Ze spelen een cruciale rol op gebieden als golfmechanica, optica, kwantummechanica en zelfs geluidstechniek. Het is van vitaal belang om een goed begrip te hebben van zowel de fasesnelheid als de groepssnelheid om op dergelijke gebieden uit te blinken. In dit artikel gaan we bespreken wat fasesnelheid en groepssnelheid zijn, definities van groepssnelheid en fasesnelheid, hun toepassingen, hun overeenkomsten en tenslotte het verschil tussen deze twee.
Wat is Phase Velocity?
Fasesnelheid is een concept dat wordt besproken bij de voortplanting van golven. De fasesnelheid van een golf is de snelheid van een "fase" die zich voortplant. Neem ter verduidelijking een top van een golf aan, die zich in de x-richting van de as voortbeweegt. De fasesnelheid is de x-component van de snelheid van het geselecteerde punt op de top. Dit kan ook worden verkregen door de golflengte te delen door de tijd die een enkele golflengte nodig heeft om een geselecteerd punt te passeren. Deze tijd is gelijk aan de periode van de oscillatie die de golf veroorzaakt. Beschouw nu een standaard sinusgolf A sin (wt - kx), waarbij w de hoeksnelheid van de bron is, t de tijd is, k het golfnummer is (aantal volledige golflengten per lengte van 2π), en x de positie is op de x-as. Op de top is wt - kx gelijk aan nul. Daarom is de fasesnelheid (x/t) gelijk aan w / k. wiskundig gezien is de waarde p=wt – kx de fase van de golf.
Wat is groepssnelheid?
Groepssnelheid wordt besproken onder superpositie van golven. Om groepssnelheid te begrijpen, moet men eerst het concept van superpositie begrijpen. Wanneer twee golven elkaar in de ruimte onderscheppen, is de resulterende oscillatie enigszins complex dan het sinusgedrag. Deeltje op een punt oscilleert met verschillende amplitudes. De maximale amplitude is de unisono van de twee amplituden van de oorspronkelijke golven. De minimale amplitude is het minimale verschil tussen de twee oorspronkelijke amplituden. Als de twee amplitudes gelijk zijn, is het maximum tweemaal de amplitude en is het minimum nul. Laten we voor de duidelijkheid aannemen dat de twee gemoduleerde golven dezelfde amplitude en verschillende frequenties hebben. Hierdoor wordt de golf met de hogere frequentie omhuld door de golf met de lagere frequentie. Hierdoor ontstaat een groep golven verpakt in een envelop. De snelheid van deze omhullende is de groepssnelheid van de golf. Opgemerkt moet worden dat voor een staande golf de groepssnelheid nul is. Om de groepssnelheid nul te laten zijn, moeten beide golven dezelfde frequentie hebben en moeten ze tegengestelde bewegingsrichtingen hebben.
Wat is het verschil tussen groepssnelheid en fasesnelheid?
• Fasesnelheid is gedefinieerd voor zowel de enkelvoudige golven als de over elkaar liggende golven.
• De groepssnelheid wordt alleen gedefinieerd voor de gesuperponeerde golven.
• De groepssnelheid is de snelheid van de golf met een lagere frequentie, maar de fasesnelheid is de snelheid van de golf met een hogere frequentie.
