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機械波：物質(zhì)的重要運動形式，具有普遍共性與特殊現(xiàn)象

更新時間：2024-09-14 文章作者：佚名信息來源：網(wǎng)絡(luò)整理閱讀次數(shù)：次

機械波和電磁波的區(qū)別

機械波和電磁波的區(qū)別

振動的傳播稱為波動，簡稱波，也是物質(zhì)運動的重要形式。

波動一般可分為兩類：

機械振動在彈性介質(zhì)中傳播的過程稱為機械波。

變化的電磁場在空間傳播的過程稱為電磁波。

各種波都有各自的特殊性，但也有共性，如都有一定的傳播速度，都伴隨著能量的傳播，都能產(chǎn)生反射、折射、衍射現(xiàn)象等。

現(xiàn)代物理學(xué)發(fā)現(xiàn)，物質(zhì)粒子也具有波的性質(zhì)，稱為物質(zhì)波。

下面我們以機械波為例機械波和電磁波的區(qū)別，介紹波的一些物理概念，并討論波動的現(xiàn)象和規(guī)律。

機械波是彈性介質(zhì)中機械振動的傳播。

1. 產(chǎn)生機械波的條件

產(chǎn)生機械波的條件主要有：

1. 振動源

2. 彈性介質(zhì)

彈性介質(zhì)是指由彈性力構(gòu)成的連續(xù)介質(zhì)。

波源處粒子的振動通過彈性介質(zhì)中的彈力傳播，從而形成機械波。

機械波和電磁波的區(qū)別

波是振動狀態(tài)的傳播，是能量的傳播留學(xué)之路，而不是粒子的傳播。

2. 波浪的分類

根據(jù)介質(zhì)元振動方向與波的傳播方向的關(guān)系，機械波可分為橫波和縱波兩大類。

1. 剪切波

橫波是每個粒子的振動方向垂直于波傳播方向的波。

如繩波、電磁波都是橫波。

機械波和電磁波的區(qū)別

2. 縱波

縱波是每個粒子的振動方向與波傳播方向平行的波。

與聲波一樣，彈簧波也是縱波。

縱波通過介質(zhì)密度的變化傳播。

機械波和電磁波的區(qū)別

任何波，例如水波、表面波等，都可以分解為橫波和縱波進行研究。

注意：

1、波的傳播不是介質(zhì)元素的傳播，在波的過程中，各元素本身并不遷移，而只是在自身平衡位置附近振動，傳播的只是粒子的振動狀態(tài)（也稱相位），振動狀態(tài)的傳播表現(xiàn)為波形的向前推進。

2、“上游”的質(zhì)量元依次帶動“下游”的質(zhì)量元振動，某一時刻的質(zhì)量元的振動狀態(tài)，在稍后的某一時刻，就會出現(xiàn)在“下游”的某處。波中各質(zhì)量元的振動，都是受迫振動機械波和電磁波的區(qū)別，它們的振動頻率與波源相同，與介質(zhì)無關(guān)。

機械波和電磁波的區(qū)別

3.同相點——物質(zhì)元的振動狀態(tài)相同。

4、振動與波的區(qū)別：振動描述的是一個粒子的振動，而波描述的是一系列粒子的振動。

3. 波的幾何描述

1. 波形

波形圖是顯示選定時刻波中每個粒子的位置的圖形。

機械波和電磁波的區(qū)別

橫軸x表示波的傳播方向，坐標(biāo)x表示質(zhì)點的平衡位置，縱軸y表示質(zhì)點的振動方向，坐標(biāo)y表示質(zhì)點相對于平衡位置的位移，x·y平面上的一條曲線表示某一時刻的波形圖。

闡明：

橫波的波形圖與實際的波形相同，而縱波的波形圖表示的是各個粒子的位移分布，因此與粒子的實際位置分布不同。

機械波和電磁波的區(qū)別

2. 波線、波面、波前

振動狀態(tài)或振動能量按恒定方向傳播的波稱為行波。

波的傳播方向稱為波射線或波線。

某一時刻介質(zhì)中具有相同振動相位的點所構(gòu)成的面稱為波前或同相平面。

某一時刻處于前沿的波面稱為波前。

機械波和電磁波的區(qū)別

對于各向同性均勻介質(zhì)中的球面波和平面波，波線垂直于波前。

如果波源是簡諧振動，那么介質(zhì)中每個粒子也都會做簡諧振動，其頻率與波源相同，振幅也與波源有關(guān)，這種波稱為簡諧振動。

所有復(fù)雜波都可以看作是不同頻率的簡諧波的合成。

機械波和電磁波的區(qū)別

4. 描述波的特性的幾個物理量

1. 周期T：傳播一個完整波形所需的時間。或者一個完整的波通過波線上某一點所需的時間（與粒子的振動周期相同）。

機械波和電磁波的區(qū)別

2. 頻率v：單位時間內(nèi)傳輸?shù)耐暾ㄐ蔚膫€數(shù)。（與質(zhì)點振動的頻率相同）。

3、波長λ：相鄰兩個波峰、波谷或同相點之間的距離，或振動在一個周期內(nèi)傳播的距離。

機械波和電磁波的區(qū)別

注意：

周期和頻率與介質(zhì)無關(guān)，與波的來源相同。在不同的介質(zhì)中，波的頻率保持不變。

4、波速u：波在介質(zhì)中傳播的速度。某一振動狀態(tài)（或振動相）在單位時間內(nèi)傳播的距離稱為波速u，又稱相速度。

機械波的速度由介質(zhì)的慣性和彈性決定，因此，同一類型、不同頻率的波在同一介質(zhì)中傳播的速度是相同的。

在各向同性的均質(zhì)固體中：

剪切波

縱波

G剪切彈性模量，E楊氏模量，ρ密度。

機械波和電磁波的區(qū)別

在液體中，縱波

，K為電容彈性模量。

5. T、v、λ、u 之間的關(guān)系

λ 表示波在空間中的周期，v 表示波在時間中的周期，兩者通過波速聯(lián)系起來。

注意：

在討論彈性波的傳播時，我們必須假設(shè)介質(zhì)是連續(xù)的。這是因為當(dāng)波長遠大于介質(zhì)中分子之間的距離時，介質(zhì)中有無數(shù)個分子在一個波長內(nèi)振動，介質(zhì)從宏觀上看是連續(xù)的。

機械波和電磁波的區(qū)別

如果波長小到等于或小于分子之間的距離，那么兩個相距約一個波長的分子之間將沒有其他分子。我們不能再認為介質(zhì)是連續(xù)的。此時，介質(zhì)不再能傳播彈性波。因此存在頻率上限。

這就是為何高真空中分子間距離極大，聲波無法傳播的原因。

機械波和電磁波的區(qū)別

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