Фазова скорост спрямо групова скорост
Фазовата скорост и груповата скорост са две много важни концепции във физиката. Те играят жизненоважна роля в области като вълновата механика, оптиката, квантовата механика и дори звуковото инженерство. Жизненоважно е да имате солидно разбиране както за фазовата скорост, така и за груповата скорост, за да бъдете отлични в такива области. В тази статия ще обсъдим какво представляват фазовата скорост и груповата скорост, определенията за групова скорост и фазовата скорост, техните приложения, приликите им и накрая разликата между тези две.
Какво е фазова скорост?
Фазова скорост е концепция, обсъждана при разпространението на вълните. Фазовата скорост на вълната е скоростта на „фазата“, която се разпространява. За пояснение приемете гребен на вълна, който се движи в посока x на оста. Фазовата скорост е x компонента на скоростта на избраната точка на върха. Това също може да се получи чрез разделяне на дължината на вълната на времето, необходимо на една дължина на вълната да премине през избрана точка. Това време е равно на периода на трептенето, което предизвиква вълната. Сега разгледайте стандартна синусоида A sin (wt – kx), където w е ъгловата скорост на източника, t е времето, k е вълновото число (брой пълни дължини на вълната на дължина от 2π), а x е позицията по оста x. На гребена wt – kx е равно на нула. Следователно фазовата скорост (x/t) е равна на w/k. математически, стойността p=wt – kx е фазата на вълната.
Какво е групова скорост?
Груповата скорост се обсъжда при суперпозиция на вълни. За да разберем груповата скорост, първо трябва да разберем концепцията за суперпозиция. Когато две вълни се пресичат в пространството, полученото трептене е малко по-сложно от синусото. Частицата в дадена точка осцилира с различна амплитуда. Максималната амплитуда е унисонът на двете амплитуди на оригиналните вълни. Минималната амплитуда е минималната разлика между двете оригинални амплитуди. Ако двете амплитуди са равни, максимумът е два пъти по-голям от амплитудата, а минимумът е нула. За по-голяма яснота нека приемем, че двете модулирани вълни са с еднаква амплитуда и различни честоти. Това кара вълната с по-висока честота да бъде обвита от вълната с по-ниска честота. Това причинява група от вълни, опаковани в плик. Скоростта на тази обвивка е груповата скорост на вълната. Трябва да се отбележи, че за стояща вълна груповата скорост е нула. За да бъде груповата скорост нула, и двете вълни трябва да са с еднаква честота и да имат противоположни посоки на движение.
Каква е разликата между групова скорост и фазова скорост?
• Фазовата скорост се определя както за единичните вълни, така и за насложените вълни.
• Груповата скорост е дефинирана само за насложените вълни.
• Груповата скорост е скоростта на вълната с по-ниска честота, но фазовата скорост е скоростта на вълната с по-висока честота.
