Differenza tra Phase Velocity e Group Velocity

Main Difference - Phase Velocity vs Group Velocity

Secondo la fisica quantistica, le particelle a volte si comportano come onde. In alcuni casi, le onde si comportano come particelle. Questa proprietà di particelle e onde è nota come dualità onda-particella. Questa doppia natura di particelle e onde ci consente di rappresentare una particella in termini di onde. Sulla base di questo concetto, le onde vengono utilizzate per rappresentare le particelle in quanto è un passaggio essenziale quando ci occupiamo di particelle in fisica quantistica. Tuttavia, dobbiamo aggiungere molte onde, aventi differenti frequenze angolari e ampiezze in particolari modi, al fine di ottenere un pacchetto d'onda che rappresenta una particella. All'interno di questo concetto, ci sono due tipi di velocità: velocità di fase e velocità di gruppo. Queste due quantità hanno definizioni e proprietà molto diverse e particolari. Il differenza principale tra Phase Velocity e Group Velocity è quello la velocità di fase è maggiore della velocità di gruppo in un mezzo normale. Questo articolo cerca di differenziare queste differenze in dettaglio.

Che cos'è Group Velocity

Per capire la natura della velocità di gruppo, consideriamo una gara. In ogni dato istante, la velocità di un particolare corridore è diversa rispetto ad altri. Semplicemente, la velocità di ogni singolo corridore all'interno del gruppo è diversa. Ma, corrono all'interno di un gruppo. La velocità con cui il gruppo di corridori si muove può essere considerata come la velocità di gruppo in questo semplice esempio.

Nella fisica quantistica, l'idea della velocità di gruppo arriva con l'idea di pacchetti o impulsi d'onda. Un pacchetto d'onda può essere ottenuto sommando molte onde con diversi numeri d'onda e ampiezze. Quindi, la posizione di una particella può essere localizzata all'interno di una regione specifica usando un tale pacchetto d'onda che rappresenta una particella. L'ampiezza risultante di un pacchetto d'onda differisce da x come mostrato nella figura 1. Tuttavia, questo pacchetto d'onda è una combinazione di molte onde. Il pacchetto di onde risultante rappresenta la particella ed è un gruppo di molte onde. Quindi, in questo modello, la velocità della particella è uguale alla velocità del pacchetto d'onda. In altre parole, la velocità della particella è uguale al gruppo delle onde di cui è composto il pacchetto d'onda. La velocità del gruppo o del pacchetto d'onda è chiamata velocità di gruppo. La velocità di gruppo può essere espressa matematicamente come, v_g = Dω / dk.È la velocità con cui si muove la particella.

Le onde armoniche monocromatiche non possono trasportare informazioni attraverso lo spazio. Per trasmettere informazioni, è necessaria la sovrapposizione di molte onde che danno un pacchetto di onde.

Cos'è la velocità di fase

La velocità di fase (velocità dell'onda) di un'onda è la velocità con cui ogni data fase dell'onda viaggia. Ad esempio, il punto A dell'onda (Fig: 02) viaggia con la velocità di fase. È dato da v_p= ωk.

In un pacchetto d'onda, l'onda portante viaggia con la velocità di fase. Ma quando trattiamo con una particella o un pacchetto d'onda, la velocità di fase non è importante.

La relazione tra la velocità di fase e la velocità di gruppo dipende dalle proprietà del materiale del mezzo. In mezzo non dispersivo, sv_g = v_p. In mezzi di dispersione normali, sv_g <v_p. Ma in medium anomali v_g> v_p.

Nei mezzi non dispersivi, la velocità di fase delle onde non dipende dalla lunghezza d'onda. Quindi, la velocità di fase è uguale alla velocità di gruppo. Ad esempio, la velocità di fase è uguale alla velocità di gruppo quando le onde sonore viaggiano attraverso l'aria in quanto l'aria è un mezzo non dispersivo per le onde sonore.

Differenza tra Phase Velocity e Group Velocity

Velocità

Velocità di gruppo: In un mezzo anomalo, la velocità di gruppo è maggiore della velocità di fase.

Velocità di fase: In un mezzo normale, la velocità di fase è maggiore della velocità di gruppo.

Importanza

Velocità di gruppo: Il concetto di velocità di gruppo è molto importante quando una particella è rappresentata da onde.

Velocità di fase: La velocità di fase è importante quando gestiamo le singole onde.

In un pacchetto d'onda

Velocità di gruppo: In un pacchetto d'onda, l'inviluppo viaggia con la velocità di gruppo.

Velocità di fase: In un pacchetto d'onda, l'onda portante viaggia con la velocità di fase.

Formula