Velocidade de grupo
Transforme dois pontos de dispersão medidos na velocidade da envoltória de um pulso: frequências angulares de 1e15 e 1.2e15 rad/s com números de onda de 1e7 e 1.1e7 rad/m dão 2e8 m/s. Grátis no seu navegador.
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Exemplo resolvido
- ω1
- 1.000.000.000.000.000
- K1
- 10.000.000
- ω2
- 1.200.000.000.000.000
- K2
- 11.000.000
- Δω
- 200.000.000.000.000
- Δk
- 1.000.000
- Velocidade de grupo
- 200.000.000
- Vg
- 200.000.000
A velocidade de grupo é a rapidez com que o envelope de um pacote de ondas — e portanto a energia e a informação que ele carrega — se propaga em um meio dispersivo. Para uma relação de dispersão contínua ω(k), a definição de livro é a derivada vg igual a dω em relação a dk avaliada perto do número de onda portador. Em anotações de laboratório, tabelas de espectroscopia e simulações numéricas você raramente dispõe de um ω(k) fechado; tem dois pontos próximos e precisa de uma estimativa confiável por diferenças finitas. Esta calculadora de velocidade de grupo aceita as frequências angulares ω1 e ω2 junto com os números de onda k1 e k2, forma Δω e Δk, e devolve vg igual a Δω sobre Δk com arredondamento estável, equação de exibição e passos ordenados. Números de onda iguais são rejeitados porque o denominador se anularia.
O que significa velocidade de grupo e como funciona a diferença finita
Uma onda plana monocromática viaja à velocidade de fase vp igual a ω sobre k, mas um pulso localizado é uma superposição de muitos números de onda. Quando o meio é dispersivo, diferentes componentes espectrais avançam com velocidades de fase distintas e o envelope do pacote se move à velocidade de grupo. Na aproximação de envelope lentamente variável essa rapidez é exatamente a derivada da frequência angular em relação ao número de onda: vg igual a dω sobre dk na portadora.
Quando você só tem pares tabelados ou medidos (k, ω), a estimativa local mais simples e imparcial é uma primeira diferença centrada ou unilateral entre duas amostras. Esta ferramenta implementa essa estimativa como vg igual a (ω2 menos ω1) dividido por (k2 menos k1). O espaçamento |Δk| deve ser pequeno o bastante para que a inclinação local seja quase constante, e grande o bastante para que o ruído de ponto flutuante e a incerteza de medição não dominem o quociente — prática padrão de diferenciação numérica.
As unidades são de sua responsabilidade: com ω em radianos por segundo e k em radianos por metro, vg fica em metros por segundo; qualquer outro par coerente (por exemplo frequência óptica em rad/fs e k em rad/μm) ainda produz uma velocidade coerente no sistema de unidades correspondente. A capacidade não ajusta um modelo de dispersão completo, não corrige absorção do material e não converte entre frequência f e frequência angular ω — você deve fornecer já as grandezas angulares.
A velocidade de fase é omitida de propósito para que a página se concentre na intenção de busca de calculadora de velocidade de grupo e na definição por diferenças finitas que estudantes e engenheiros digitam em um formulário.
Casos de uso
Conferência de deveres e laboratório
Calcule vg ≈ Δω/Δk a partir de duas amostras (k, ω) atribuídas ou medidas antes de corrigir folhas de pacotes de ondas ou comparar com dados de guias de ondas.
Notas de projeto em fotônica e fibra
Transforme amostras de dispersão próximas em velocidade de grupo para atraso de pulso, estimativas de walk-off e notas de índice de grupo que esperam velocidades coerentes com o SI.
Perguntas frequentes
Qual é a diferença entre velocidade de grupo e velocidade de fase?
A velocidade de fase é vp = ω/k para uma única onda monocromática. A velocidade de grupo é vg = dω/dk (aqui estimada como Δω/Δk) e é a rapidez do envelope de um pacote de ondas. Coincidem apenas em meios não dispersivos em que ω é proporcional a k.
O que acontece se k1 for igual a k2?
A divisão por Δk nulo é indefinida, portanto números de onda iguais são rejeitados e não cobrados.
Quais unidades devo usar?
Use qualquer par coerente. Com ω em rad/s e k em rad/m, vg fica em m/s. O motor não converte unidades; apenas avalia o quociente por diferenças finitas.
Como estimar a velocidade de grupo com dois pontos medidos?
Subtraia as duas frequências angulares, subtraia os dois números de onda e divida a primeira diferença pela segunda. No exemplo, 2e14 rad/s divididos por 1e6 rad/m dão 2e8 m/s.
Qual distância deve haver entre os dois números de onda?
Próximos o bastante para que a inclinação entre eles seja quase constante, mas não tanto que o ruído de arredondamento e a incerteza da medição dominem o quociente. É a prática usual da derivação numérica.
Ferramentas relacionadas
Para desenvolvedores — acesso via API
Tudo nesta página está disponível via API. Esta seção é para equipes que querem integrar a ferramenta aos próprios sistemas; quem não precisa disso pode simplesmente usar a ferramenta acima.
Endpoint
Autenticação por token Bearer. Um único POST coloca a tarefa na fila; o resultado chega por webhook ou link assinado.
Chame do seu código
curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/optics/group-velocity-finite-difference \
-H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
-H "Content-Type: application/json" \
-d '{"omega1":1000000000000000,"k1":10000000,"omega2":1200000000000000,"k2":11000000}'const res = await fetch("https://api.kit.forhosting.com/optics/group-velocity-finite-difference", {
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"Authorization": `Bearer ${process.env.KIT_KEY}`,
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})
});
const { task_id } = await res.json();import os, requests
res = requests.post(
"https://api.kit.forhosting.com/optics/group-velocity-finite-difference",
headers={"Authorization": f"Bearer {os.environ['KIT_KEY']}"},
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},
)
task_id = res.json()["task_id"]<?php
$res = file_get_contents("https://api.kit.forhosting.com/optics/group-velocity-finite-difference", false, stream_context_create([
"http" => [
"method" => "POST",
"header" => "Authorization: Bearer " . getenv("KIT_KEY") . "\r\nContent-Type: application/json",
"content" => '{"omega1":1000000000000000,"k1":10000000,"omega2":1200000000000000,"k2":11000000}',
],
]));
$task = json_decode($res, true);body := bytes.NewBufferString(`{"omega1":1000000000000000,"k1":10000000,"omega2":1200000000000000,"k2":11000000}`)
req, _ := http.NewRequest("POST", "https://api.kit.forhosting.com/optics/group-velocity-finite-difference", body)
req.Header.Set("Authorization", "Bearer "+os.Getenv("KIT_KEY"))
req.Header.Set("Content-Type", "application/json")
res, _ := http.DefaultClient.Do(req)Exemplo de requisição
{
"omega1": 1000000000000000,
"k1": 10000000,
"omega2": 1200000000000000,
"k2": 11000000
}Exemplo de resposta
{
"task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
"type": "optics.group_velocity_finite_difference",
"status": "queued",
"_links": {
"result": "/tasks/tsk_…/result"
}
}A API é assíncrona: cada chamada devolve um task_id na hora. Se preferir polling, consulte o status a até 1 requisição por segundo.
Preço
Preço publicado, sem tokens nem créditos escondidos. Tarefa que falha não é cobrada.
Erros
| HTTP | Código | O que significa |
|---|---|---|
401 | unauthorized | Token ausente ou inválido. Confira o header Authorization. |
402 | insufficient_balance | Saldo insuficiente para esta tarefa. Faça uma recarga e tente de novo. |
404 | unknown_type | Esse tipo de tarefa não existe. Confira o campo type no catálogo. |
429 | rate_limited | Muitas requisições em pouco tempo. Espere um instante e tente de novo. |
Notas técnicas
O que significa velocidade de grupo e como funciona a diferença finita
A resposta ecoa as quatro entradas, informa delta_omega e delta_k, devolve group_velocity e o alias curto vg, e inclui formula, equation, method, message e passos ordenados que você pode colar em uma planilha.
Contrato de entrada, validação e forma de resposta reproduzível
Magnitudes acima do teto absoluto documentado são rejeitadas para que produtos intermediários não transbordem para resultados não finitos. Validação falha não é cobrada. Envie um corpo JSON com quatro números finitos obrigatórios: omega1 (aliases w1, angular_frequency1, omega_1), k1 (aliases wave_number1, kappa1, k_1), omega2 (aliases w2, angular_frequency2, omega_2) e k2 (aliases wave_number2, kappa2, k_2). Cada campo pode chegar como número JSON ou como string numérica em notação ordinária ou científica; campos ausentes, strings vazias, tokens não numéricos e valores não finitos falham com invalid_input nomeando o campo. O campo method é sempre finite_difference_group_velocity para que a automação distinga esta estimativa de um futuro endpoint de derivada em forma fechada. Combine a resposta com seu próprio gráfico de ω versus k se precisar de uma inclinação visual; este endpoint devolve apenas a estimativa escalar e os campos de auditoria necessários.
Onde uma API de velocidade de grupo em dois pontos agrega valor
Estudantes encontram a velocidade de grupo quando um capítulo de óptica de ondas ou de estado sólido introduz pacotes, quando um laboratório mede ω em dois pontos k próximos em um guia de ondas, ou quando um problema de concurso pede a velocidade de transporte de energia sem software de cálculo simbólico. Profissionais de acústica e ultrassom estimam a velocidade do pacote a partir de duas amostras frequência–número de onda em um ramo de dispersão medido. Professores podem pré-gerar chaves de resposta para tarefas que fornecem dois pares (k, ω) e pedem a inclinação da corda, sem confiar em calculadoras opacas que confundem velocidade de fase e de grupo. Desenvolvedores chamam o mesmo contrato a partir de scripts para semear vetores de teste determinísticos, normalizar tabelas de dispersão inseridas pelo usuário antes de uma visualização, ou satisfazer desafios de programação que exigem vg em vez de um esboço à mão. Projetistas de fotônica e fibra convertem amostras de dispersão medidas ou simuladas em vg antes de estimar walk-off de pulsos, atraso ou aproximações do índice de grupo n_g igual a c sobre vg em unidades SI. Ferramentas de produto e educação usam o endpoint quando um aprendiz digita apenas os dois pontos de amostra e a interface deve mostrar metros por segundo com uma fórmula transparente. Nesta página o trabalho roda inteiramente no seu navegador; pela API cada consulta bem-sucedida custa US$ 0,002, validação falha não é cobrada e nada é armazenado após a resposta. Essa divisão — exploração interativa gratuita e API idêntica paga — combina com o restante do catálogo KIT de nível A e permite passar de uma demonstração em sala para um pipeline automatizado sem alterar o resultado matemático. Combine com conversores de número de onda e comprimento de onda quando partir de λ, com ferramentas de velocidade de fase quando precisar de ω sobre k para comparação, e com outros endpoints de óptica ao montar um pequeno laboratório de calculadoras de ondas gratuitas e determinísticas focadas em dispersão e movimento do pacote.
Casos de integração
Scripts e fixtures de CI
Fixe um vg determinístico a partir de pares ω e k fixos em testes automatizados sem reimplementar à mão a lógica de inclinação por diferenças finitas.
Perguntas técnicas
Como calcular a velocidade de grupo a partir de dois pontos (k, ω)?
Envie omega1, k1, omega2 e k2 finitos. A API devolve vg = (ω2 − ω1)/(k2 − k1) como group_velocity (e alias vg), além de Δω, Δk, formula, equation e steps.
Quanto custa a calculadora de velocidade de grupo?
A ferramenta do navegador é gratuita. Pedidos à API usam saldo pré-pago KIT a US$ 0,002 por chamada bem-sucedida; entrada inválida não é cobrada.