aallonnopeus

Aallonnopeus on suure, joka kuvaa kuinka nopeasti aaltorintama tai häiriö etenee tilassa tai väliaineessa. Yleisesti puhuttaessa käytetään faasinopeutta, mutta dispersiivisissä medioissa voi esiintyä sekä ryhmänopeutta että faasnopeutta, jotka voivat poiketa toisistaan. Aallot voivat olla mekaanisia, kuten äänet tai veden aallot, tai sähkömagneettisia, kuten valon aallot.

Kaavan yleinen muoto on v = f λ, jossa v on nopeus, f taajuus ja λ aaltokoko (wavelength). Tämä suhde pätee monille aaltoille, mutta nopeus riippuu aina väliaineesta. Dispersiivisessa väliaineessa v ja λ riippuvat toisistaan, mikä aiheuttaa, että eri taajuudet etenevät eri nopeudilla. Tällöin ryhmänopeus ja faasinopeus voivat poiketa toisistaan.

Esimerkkejä aallonnopeuksista eri järjestelmissä:

- Valo: vakavuudessa v on c = 299 792 458 m/s, ja väliaineessa valo kulkee nopeudella v = c/n (n on väliaineen refraktiokerroin).

- Ääni ilmassa: nopeus riippuu lämpötilasta ja paineesta, suurin piirtein v ≈ √(γRT) eli riippuu kaasutilan ominaisuuksista.

- Jousi tai teräsnauha: mekaaninen siglo v = √(T/μ), missä T on jousen jännitys ja μ on lineaarinen tiheys.

- Kiinteät aineet: pitkän aikavälin jousenlailla etenevä longitudinal wave nopeus v ≈ √(E/ρ), E on Youngin moduuli ja ρ tiheys.

Aallonnopeudella on keskeinen rooli optiikassa, akustikassa, seismologiassa ja monissa teknisissä sovelluksissa, missä havaitaan ja mitataan vahvistuksia, heijastuksia ja dispersion.