Velocità di gruppo
Trasformi due punti di dispersione misurati nella velocità dell'inviluppo di un impulso: pulsazioni di 1e15 e 1.2e15 rad/s con numeri d'onda di 1e7 e 1.1e7 rad/m danno 2e8 m/s. Gratis nel suo browser.
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Esempio risolto
- 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
- Velocità di gruppo
- 200.000.000
- Vg
- 200.000.000
La velocità di gruppo è la rapidità con cui l'inviluppo di un pacchetto d'onde — e quindi l'energia e l'informazione che trasporta — si propaga in un mezzo dispersivo. Per una relazione di dispersione continua ω(k), la definizione da manuale è la derivata vg uguale a dω rispetto a dk valutata vicino al numero d'onda portante. Nelle note di laboratorio, nelle tabelle di spettroscopia e nelle simulazioni numeriche Lei raramente dispone di un ω(k) in forma chiusa; ha due punti vicini e necessita di una stima affidabile a differenze finite. Questo calcolatore di velocità di gruppo accetta le frequenze angolari ω1 e ω2 insieme ai numeri d'onda k1 e k2, forma Δω e Δk e restituisce vg uguale a Δω su Δk con arrotondamento stabile, equazione di visualizzazione e passi ordinati. I numeri d'onda uguali vengono respinti perché il denominatore si annullerebbe.
Cosa significa velocità di gruppo e come funziona la differenza finita
Un'onda piana monocromatica viaggia alla velocità di fase vp uguale a ω su k, ma un impulso localizzato è una sovrapposizione di molti numeri d'onda. Quando il mezzo è dispersivo, diverse componenti spettrali avanzano a velocità di fase diverse e l'inviluppo del pacchetto si muove alla velocità di gruppo. Nell'approssimazione dell'inviluppo a variazione lenta tale rapidità è esattamente la derivata della frequenza angolare rispetto al numero d'onda: vg uguale a dω su dk alla portante.
Quando Lei dispone solo di coppie tabulate o misurate (k, ω), la stima locale più semplice e non polarizzata è una prima differenza centrata o unilaterale tra due campioni. Questo strumento implementa tale stima come vg uguale a (ω2 meno ω1) diviso per (k2 meno k1). La spaziatura |Δk| deve essere abbastanza piccola affinché la pendenza locale sia quasi costante, e abbastanza grande affinché il rumore in virgola mobile e l'incertezza di misura non dominino il quoziente — pratica standard di differenziazione numerica.
Le unità sono di Sua responsabilità: con ω in radianti al secondo e k in radianti al metro, vg è in metri al secondo; qualsiasi altra coppia coerente (ad esempio frequenza ottica in rad/fs e k in rad/μm) produce comunque una velocità coerente nel sistema di unità corrispondente. La capacità non adatta un modello di dispersione completo, non corregge l'assorbimento del materiale e non converte tra frequenza f e frequenza angolare ω — deve già fornire le grandezze angolari.
La velocità di fase è omessa di proposito affinché la pagina resti incentrata sull'intento di ricerca del calcolatore di velocità di gruppo e sulla definizione a differenze finite che studenti e ingegneri digitano in un modulo.
Casi d'uso
Controlli di compiti e laboratorio
Calcoli vg ≈ Δω/Δk da due campioni (k, ω) assegnati o misurati prima di valutare fogli su pacchetti d'onde o confrontare con dati di guide d'onda.
Note di progetto in fotonica e fibra
Trasformi campioni di dispersione vicini in velocità di gruppo per ritardo d'impulso, stime di walk-off e note sull'indice di gruppo che richiedono velocità coerenti SI.
Domande frequenti
Qual è la differenza tra velocità di gruppo e velocità di fase?
La velocità di fase è vp = ω/k per una singola onda monocromatica. La velocità di gruppo è vg = dω/dk (qui stimata come Δω/Δk) ed è la rapidità dell'inviluppo di un pacchetto d'onde. Coincidono solo in mezzi non dispersivi dove ω è proporzionale a k.
Cosa succede se k1 è uguale a k2?
La divisione per Δk nullo è indefinita, quindi i numeri d'onda uguali vengono respinti e non addebitati.
Quali unità devo usare?
Usi qualsiasi coppia coerente. Con ω in rad/s e k in rad/m, vg è in m/s. Il motore non converte le unità; valuta solo il quoziente a differenze finite.
Come stimo la velocità di gruppo da due punti misurati?
Sottragga le due pulsazioni, sottragga i due numeri d'onda e divida la prima differenza per la seconda. Nell'esempio, 2e14 rad/s diviso 1e6 rad/m danno 2e8 m/s.
Quanto distanti devono essere i due numeri d'onda?
Abbastanza vicini perché la pendenza tra loro sia quasi costante, ma non tanto che il rumore di arrotondamento e l'incertezza di misura dominino il quoziente. È la prassi normale della derivazione numerica.
Strumenti correlati
Per sviluppatori — accesso via API
Tutto quello che vedi in questa pagina è disponibile anche via API. Questa sezione è per i team che vogliono integrarlo nei propri sistemi; chi non ne ha bisogno può semplicemente usare lo strumento qui sopra.
Endpoint
Autenticazione con Bearer token: un POST mette in coda l'attività e il risultato arriva via webhook o link firmato.
Chiamala dal tuo stack
curl -X POST https://api.kit.forhosting.com/optics/group-velocity-finite-difference \
-H "Authorization: Bearer $KIT_KEY" \
-H "Content-Type: application/json" \
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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",
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],
]));
$task = json_decode($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)Esempio di richiesta
{
"omega1": 1000000000000000,
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}Esempio di risposta
{
"task_id": "tsk_a1b2c3d4e5f6a1b2c3d4e5f6",
"type": "optics.group_velocity_finite_difference",
"status": "queued",
"_links": {
"result": "/tasks/tsk_…/result"
}
}L'API è asincrona: ricevi subito un task_id e puoi fare polling fino a 1 richiesta al secondo.
Prezzi
Prezzo pubblicato, senza token né crediti. Se l'attività fallisce, non paghi.
Errori
| HTTP | Codice | Significato |
|---|---|---|
401 | unauthorized | Chiave API mancante o non valida: controlla l'header Authorization. |
402 | insufficient_balance | Credito esaurito: ricarica per continuare a eseguire attività. |
404 | unknown_type | Tipo di attività sconosciuto: controlla il campo type della richiesta. |
429 | rate_limited | Troppe richieste in poco tempo: rallenta e riprova tra qualche secondo. |
Note tecniche
Cosa significa velocità di gruppo e come funziona la differenza finita
La risposta ripete i quattro ingressi, riporta delta_omega e delta_k, restituisce group_velocity e l'alias breve vg, e include formula, equation, method, message e passi ordinati che Lei può incollare in un foglio di lavoro.
Contratto di ingresso, validazione e forma di risposta riproducibile
Magnitudini oltre il tetto assoluto documentato vengono respinte affinché i prodotti intermedi non trabocchino in risultati non finiti. La salvaguardia fisica critica è che k1 e k2 devono differire: quando la differenza assoluta è nulla o sotto un piccolo epsilon, il gestore fallisce con un messaggio chiaro che la velocità di gruppo è indefinita quando Δk è zero, in linea con il linguaggio d'aula secondo cui una corda verticale sull'asse k non ha pendenza. La validazione fallita non viene addebitata. Invii un corpo JSON con quattro numeri finiti obbligatori: omega1 (alias w1, angular_frequency1, omega_1), k1 (alias wave_number1, kappa1, k_1), omega2 (alias w2, angular_frequency2, omega_2) e k2 (alias wave_number2, kappa2, k_2). Ciascun campo può arrivare come numero JSON o come stringa numerica in notazione ordinaria o scientifica; campi mancanti, stringhe vuote, token non numerici e valori non finiti falliscono con invalid_input indicando il campo. Il campo method è sempre finite_difference_group_velocity affinché l'automazione distingua questa stima da un futuro endpoint di derivata in forma chiusa. Abbini la risposta al Suo grafico di ω rispetto a k se le serve una pendenza visuale; questo endpoint restituisce solo la stima scalare e i campi di audit necessari.
Dove un'API di velocità di gruppo a due punti produce valore
Gli studenti incontrano la velocità di gruppo quando un capitolo di ottica ondulatoria o di stato solido introduce i pacchetti, quando un laboratorio misura ω in due punti k vicini su una guida d'onda, o quando un problema di concorso chiede la velocità di trasporto dell'energia senza software di calcolo simbolico. Chi lavora in acustica e ultrasuoni stima la velocità del pacchetto da due campioni frequenza–numero d'onda su un ramo di dispersione misurato. I docenti possono pre-generare chiavi di risposta per compiti che forniscono due coppie (k, ω) e chiedono la pendenza della corda, senza affidarsi a calcolatori opachi che confondono velocità di fase e di gruppo. Gli sviluppatori chiamano lo stesso contratto da script per seminare vettori di test deterministici, normalizzare tabelle di dispersione inserite dall'utente prima di una visualizzazione, o soddisfare sfide di programmazione che richiedono vg invece di uno schizzo a mano. I progettisti di fotonica e fibra convertono campioni di dispersione misurati o simulati in vg prima di stimare walk-off d'impulsi, ritardo o approssimazioni dell'indice di gruppo n_g uguale a c su vg in unità SI. Gli strumenti di prodotto e didattica usano l'endpoint quando un discente digita solo i due punti di campione e l'interfaccia deve mostrare metri al secondo con una formula trasparente. Su questa pagina il lavoro gira interamente nel Suo browser; tramite l'API ogni richiesta riuscita costa $0.002, la validazione fallita non è addebitata e nulla viene memorizzato dopo la risposta. Tale separazione — esplorazione interattiva gratuita e API identica a pagamento — si allinea al resto del catalogo KIT di livello A e Le consente di passare da una dimostrazione in aula a una pipeline automatizzata senza cambiare il risultato matematico. La abbini a convertitori di numero d'onda e lunghezza d'onda quando parte da λ, a strumenti di velocità di fase quando serve ω su k per confronto, e ad altri endpoint di ottica quando costruisce un piccolo laboratorio di calcolatori d'onde gratuiti e deterministici incentrati su dispersione e moto del pacchetto.
Casi di integrazione
Script e fixture CI
Fissi un vg deterministico da coppie ω e k fisse nei test automatici senza reimplementare a mano la logica di pendenza a differenze finite.
Domande tecniche
Come si calcola la velocità di gruppo da due punti (k, ω)?
Invii omega1, k1, omega2 e k2 finiti. L'API restituisce vg = (ω2 − ω1)/(k2 − k1) come group_velocity (e alias vg), più Δω, Δk, formula, equation e steps.
Quanto costa il calcolatore di velocità di gruppo?
Lo strumento nel browser è gratuito. Le richieste API usano il saldo prepagato KIT a $0.002 per chiamata riuscita; l'input non valido non è addebitato.