¿Lo que ' s la diferencia entre la mecánica y las ondas electromagnéticas?

Question

Tengo un grado de ciencias de la vida e incluso trabajó en la investigación de un par de años. Así me siento yo debería ser capaz de responder a esta pregunta para mí, pero ayer mi hija se caso omiso de mí preguntando por qué, si el sonido y la luz son dos olas, la luz puede viajar a través del vacío del espacio, pero los sonidos no se puede?

Así que, le dije que era una onda mecánica y la otra era una onda electromagnética y ... entonces se dio cuenta de que era la medida de mis conocimientos. Yo estaba repitiendo cosas que me gustaría aprender de años sin una comprensión real.

Puede alguien explicar para mí, idealmente con la ciencia, pero sin las matemáticas:

• cuál es la diferencia?
• por qué uno necesita un medio para la propagación y el otro no?
• ¿cómo es que las ondas electromagnéticas todavía se puede propagar a través de un medio (es decir, las olas de calor todavía llevan el calor de la energía a través del aire, o el cuerpo)?
• si todas las ondas electromagnéticas son cuantificadas (es decir, las ondas de luz son de fotones, pero ... las olas de calor son demasiado, ¿verdad?)
• si es posible que una onda de cada tipo que existen en la misma longitud de onda?

EDIT: dar un paso atrás, parece que me han causado confusión nace de la ignorancia. Esencialmente, aunque puedo entender las propiedades de una onda mecánica simplemente por la observación, estoy tratando de entender cómo las cosas intangibles como el calor y la luz pueden tener las mismas propiedades.

Answer 1

Hay muchas más diferencias que similitudes, así que me iba a voltear la pregunta en torno a la pregunta: "¿cuáles son las similitudes?".

La única similitud es que tanto en mecánica y ondas electromagnéticas, cada uno es como oscilación, donde cada punto de la onda puede actuar como una fuente independiente de un esférica de la propagación de ondas que se unen (o una onda circular sobre el agua, o una onda lineal en una cadena). Todas las similitudes (frentes de onda, flexión alrededor de las esquinas, interferencias, etc), de ello se derivan.

Todo lo que pedimos (naturaleza de los quanta, medio, etc) implican independiente descripción detallada de la onda específica, y en general son diferentes, de acuerdo a los diferentes mecanismos físicos.

Por último, mencionar que "olas de calor". Si con esto te refieres a la radiación infrarroja, que es de la misma serie, pero si te refieres a la calefacción de un extremo de una barra de llegar al otro extremo caliente, que sería "difusión", no una ola.

Answer 2

La principal similitud entre la mecánica de las ondas sonoras y las ondas electromagnéticas es la que se corresponde a la propagación de algunas de las "perturbaciones", en un caso, no es el local, el aumento o la disminución de la presión ; en el otro se trata de la excitación del campo electromagnético.

Las ondas de sonido requiere de un medio material para propagarse debido a su propia definición : corresponde a un aumento local de la presión, que no existe en el vacío.

Las ondas electromagnéticas son diferentes porque sus medios de propagación (el campo electromagnético) puede existir en el material de los medios de comunicación, así como en el vacío : el vacío físico no es sólo un espacio vacío. Con la diferencia de que cuando se propaga en el interior de algunas medianas, las características del medio (densidad local, polarisability, temperatura...) puede afectar la forma en que las ondas electromagnéticas se propagan con respecto a su propagación en el vacío.

Answer 3

Hay una cosa realmente importante que está ocurriendo aquí.

Como Tom10 dijo, hay más diferencias que similitudes. Por ejemplo, si usted viaja junto a una onda de sonido, todo está bien. Bueno, usted consigue los estampidos sónicos, pero todavía se puede hacer. Si intenta viajar junto a una onda electromagnética, se tienen problemas con la relatividad. Usted acaba de ver la ola obtener desplazado hacia el rojo más y más mientras se viaja en la misma dirección y a la misma velocidad.

Compare esto con otros tipos de ondas. Las ondas de sonido tiene una frecuencia máxima debido a los detalles atómicos. Y diferentes modos de propagación. No son raras las no linealidades. Y si la amplitud es demasiado alto, el sólido se va a romper o derretir. Ha $10^{23}$ de las partículas rebotando, y hay un montón de diferentes fenómenos!

Del mismo modo, la superficie de las ondas en el agua tienen un montón de feo propiedades. Se puede romper, que han extraño en forma de patrones de llamada cnoidal ondas, y por supuesto, si usted consigue una taza de agua y se vierte en el suelo, no hay mucho de onda de comportamiento en todos los...

Y por último, el calor! Creo que de "olas de calor" que significa precisamente "la radiación infrarroja", y por "ondas de luz" que significa precisamente "la radiación visible". Regular, run-of-the-mill "calor" es , básicamente, sólo el sonido. Las vibraciones de los átomos. (Curiosamente, también hay una cuantización que viene para el sonido, y se puede utilizar la mecánica cuántica cuántica de sonido para calcular térmica propiedades de la materia.)

Usted podría preguntarse por qué tantos diferentes fenómenos (de las olas en la superficie del agua, las ondas de sonido, ondas electromagnéticas, e incluso las ondas de gravedad) puede ser descrito por la misma noción de una "ola" en alguna aproximación. (Radiación electromagnética es la mejor aproximación de un ideal de onda en la lista, por cierto!) La razón detrás de esto es que, de alguna manera, de alguna manera, la física clásica, sólo necesita hablar acerca de las aceleraciones. Y cuando se trata de aproximaciones que implican aceleración (pequeña amplitud de las ondas de sonido, de pequeña amplitud de las ondas superficiales en el agua, la pequeña amplitud de las ondas de gravedad), es muy difícil terminar con cualquier otra cosa que una ecuación de onda. (Relacionados con la descarada auto-plug: "¿por Qué están de seno/coseno siempre se utiliza para describir las oscilaciones?")

La verdadera respuesta de su hija, es que las ondas de sonido son una propiedad emergente cuando ha $10^{XX}$ de las partículas rebotando, mientras que las ondas electromagnéticas son una propiedad del propio espacio. Se puede decir que hay es una especie de medio a través del cual se propagan las ondas luminosas. Que el medio es el espacio. El espacio tiene propiedades. Tiene una densidad de energía de electromagnetismo. Tiene una densidad de energía de la gravitación. La relatividad General dice que la densidad de energía=masa, por lo que el espacio tiene una masa demasiado. Es un medio. Sólo un poco de un extraño medio que obedece a la invariancia de Lorentz, y la invariancia de Lorentz es un poco contradictorio para nuestro cazador-recolector mentes, por lo que un montón de físicos/maestros prefieren decirle a la gente es "no un medio". Todo lo que digo es que no es un medio de la misma manera que un bloque de metal es un medio.

Tal vez ayuda a imaginar esto: Imagina que en algún lugar profundo en el espacio exterior. Tal vez usted se imagina un gran cuadro de un metro cúbicos, y la única cosa que el interior es de un solo átomo de hidrógeno. El sonido no puede propagarse, no hay nada para el átomo de hidrógeno para golpear a pasar su energía. Ahora imaginen que hay una onda de luz que pasa a través de la caja. Bien, ¿qué es la luz? Maxwell nos enseña es sólo una parte del campo electromagnético, y los campos eléctricos acelerar protones y electrones. Si miras de cerca, verás que el protón se sacó una dirección y el electrón se tira en la dirección opuesta. Todo vibra periódicamente. Una onda electromagnética se propaga a través del espacio vacío.

Si usted llena el cuadro con los átomos de hidrógeno, el espacio es todavía allí, así que la onda electromagnética se puede propagar muy bien (aunque es efectuado por el asunto de la creación de sus propias ondas electromagnéticas en la respuesta. La materia puede reaccionar en un montón de maneras diferentes, por lo que puede ser una situación bastante complicada).

Answer 4

Primero de todo, una onda es algo que se propaga y tiene cierta periodicidad durante su propagación. Matemáticamente, esto puede ser elegantemente descrito por un determinado conjunto de fórmulas matemáticas, totalmente independiente del significado físico. Así, hay muchas similitudes entre, por ejemplo, el sonido y las ondas de luz, pero también diferencias que son únicos para cada uno de los fenómenos físicos.

¿Cuál es la diferencia entre el sonido y las ondas de luz y, por qué hay que exigir a un medio

Luz/radiación electromagnética es una forma de energía de su propio. Una vez "creado", no puede existir por su propio lado hasta que se convierte en otra forma de energía, por ejemplo, cuando la onda es absorbida por la materia. Una onda de sonido en el otro lado es un movimiento periódico de la materia (aire al hablar, las moléculas de agua cuando se piensa en el ruido de los barcos de las hélices, de hierro si usted piensa de las vibraciones de crear golpeando un yunque con un martillo). Si no hay moléculas, una inicial de vibración no se mueve nada... y por lo tanto no habría una onda de sonido.

El sonido es un periódico modulación por densidad de la materia. Por lo tanto se necesita de la materia para existir, y la materia es el medio que la onda recorre. La luz es una forma de energía que puede existir por su propio lado. Por lo tanto no necesita un medio para existir.

¿Por qué las ondas electromagnéticas viajan en un medio

La respuesta es complicada, ya que las ondas electromagnéticas no pueden "viajar en cualquier medio". Usted puede probar esto por ti mismo: En un día brillante y soleado, coloque su mano delante de sus ojos y giro su cara hacia el sol. Se puede ver a través de su mano? No, No puede. Por lo tanto, la luz del sol no viaja a través de su mano.

La luz como una onda electromagnética puede ser afectado por estas "objetos" - y los que existen en abundancia en cualquier forma de materia, debido a que las moléculas y los átomos se componen de cargas eléctricas. Esas cargas eléctricas se pueden combinar de muchas maneras diferentes. Algunos de ellos permiten que la luz pase a través, algunos de ellos no. Para poner las cosas en muy simple (pero esperemos que más comprensible) términos: Normalmente, la luz rebota de moléculas y vueltas en el asunto. Debido a este rebote, la luz es más lento, es decir, la velocidad de la luz es menor en la materia que en el vacío. Otra cosa que ocurre a menudo es que la luz sólo tiene el derecho de frecuencia y que toda su energía se ha ido después de que se alcanza un adecuado molécula. La energía se convierte en vibración y rotación de la molécula y la luz se ha ido y lo que no puede pasar el asunto por más tiempo. Esto es lo que sucede en el pequeño experimento propuesto al inicio de esta sección. Si usted tiene un asunto donde la luz sólo puede ir a través de, entonces usted podría pensar de las moléculas como antenas receptoras que no están sintonizados a la frecuencia correcta. La onda de luz no "ver" esas antenas y sólo pasa entre ellos (y hay un montón de espacio entre las moléculas).

Así, la luz puede viajar en la materia, si la materia física lo permite. Normalmente, no. La luz puede ser absorbida, reflejada o transmitida. Esto depende del tipo de luz (es decir, la frecuencia de la radiación electromagnética) y el tipo de materia que se interactúa.

Son todas las ondas electromagnéticas cuantizada? Sí. Son. También la radiación de calor. El calor es un tema fundamental, ya que el tipo de calor que nosotros los humanos podemos sentir es "incoherente de movimiento de las moléculas", que puede estar mediada por la materia y la radiación. La última es la que le estaban pidiendo.

Sí, lo son.

Puede ondas de cada tipo tienen las mismas longitudes de onda? Sí, esto es totalmente posible, pero algunos de los límites físicos deben ser respetados. I. e. no tiene sentido tener una onda de sonido que tiene longitudes de onda más cortas que el tamaño de las moléculas que su medio está hecha. Claro, hay otros factores limitantes en la onda de sonido de ejemplo que tiene que ver con la inercia de las moléculas, viscosidad, etc... Pero digamos que usted tiene una onda de sonido de 440 Hz... no es ningún problema para tener una onda electromagnética con esta frecuencia. Usted no ve o siente, debido a su baja frecuencia, que está muy por debajo de cualquier cosa que los seres humanos pueden percibir.

Sí, es posible, pero de no mezclar los efectos - que no daría comienzo a escuchar una onda de luz, ni de empezar a ver la onda de sonido.

Answer 5

Hay muchas ondas generadas por la liberación de energía, pero los dos tipos principales de ondas son físicos y electromagnéticos. Física de ondas que necesitan un medio para ir a través de, y electromagnética puede ir a través de muchas sustancias, incluyendo un vacío.

El término "onda" se refiere tanto a la física y la electromagnética. Los diferentes componentes incluyen; la cresta (en la cima de una ola); canal (parte inferior de la onda); la altura de la ola (cómo es la altura de la cresta); y la longitud de onda (la distancia desde la cresta a cresta o a través de a la depresión). Estos términos aplicar incluso a las ondas que se producen en los océanos.

Las ondas son esencialmente una forma en que la energía puede ser transferida de un lugar a otro.