纵波和横波就在我们身边。光能帮助我们看到周围的一切,它具有波的特性;在池塘中扔一块石头,你会看到波从撞击点向四面八方扩展;无线电波、微波、X 射线、声波、海啸--来自不同自然和人为现象的能量都以波的形式发出。今天为大家带来专业的课程辅导。
一、波究竟是什么?
波是有节奏的扰动或振动,它在介质中传播,并随介质传递能量,而不传递物质。正如我们所指出的,波有不同的类型,它们就在我们身边,从所有的光和声音到智能手机发出的无线电波,以及人们冲浪的巨大海浪。
如果我们将演绎推理的元素应用到我们周围明显的波浪运动中,我们就会注意到一些关键的东西。
波可以通过不同的介质传递能量。
波可以携带不同种类的能量,如光和声音。
不同种类的波在不同介质中的传播速度不同。
鉴于光/光子的波粒二象性,作为波的光不需要任何介质来穿越和传递能量。
光波和海洋中的波有明显的不同,但在这两种情况下,能量都是通过波的运动来传播的。
并非所有的能量都通过波来传播,但所有的波都在传递这样或那样的能量。
波是一种能量传递过程,可根据其运动性质、传递的能量以及对任何传播媒介的需求进行分类。
二、不同类型的波
波的主要分类依据是它们对传播媒介的需求。物质波和电磁波是我们周围世界传递能量的两大主要波类。
物质波或机械波需要特定的介质来传播和传递能量。通过任何介质或任何物质的波都是物质波,它们通过在介质中引起某种干扰或振动来传播能量。
振动会导致介质中的分子相互碰撞,这些碰撞会逐渐将能量从介质的一点传递到另一点。
电磁波与机械波截然不同。与物质波不同的是,没有介质中的振荡粒子将能量从一点传播到另一点;相反,我们有电磁场在振荡和传递能量。
振荡的电磁场在不同方向和不同阶段有不同的成分。大家可能知道,电场的变化会在附近产生磁场,反之亦然。因此,电磁波是运动中的振荡电磁场。
能量从何而来?它结合了储存在相互正交的电场和磁场中的所有能量。电磁波中存在一个特定的能量密度,它是相互垂直的电场 [Ey(x,t) = E0 cos(kx - ωt)]和磁场 [Bx (x, t) = B0 cos(kx - ωt)]中包含的能量密度之和,其公式为 à
u(x,t) = 0.5* ε*0 E2 + 0.5 * (1/m0) * B2
波的另一个主要分类源于不同种类波的运动差异。分为横波和纵波,这两类是本文讨论的主题。
波的横向运动会使传播介质垂直于波的运动方向产生振荡或振动。
介质在与波的传播方向成直角的周期性位移中形成波峰和波谷。水面波纹及其更致命的版本、海啸、次级(S)或剪切地震波以及电磁波都表现出横波运动。
纵波会使其传播介质沿着波的运动方向振动或摆动。
鉴于波运动的周期性,纵波通过压缩和稀化传播介质来传播和传递能量。声波和超声波、弹簧振动以及原生(P)波或压缩地震波都是利用纵波运动传播的。
三、横波
正如我们所提到的,横波是所有通过正交于波运动方向的介质粒子振荡来传播能量的波的集合。地震时产生的次级(S)或剪切地震波是横波最有力的例子之一,它能使岩石颗粒上下滑动,产生巨大的剪切应力。
横波运动的其他突出例子还有 à
在弦中传播的弹塑性波
任何电磁波,如光、无线电波、X 射线、微波、伽马射线、紫外线(由正交振荡电场和磁场产生)
摇动系在另一端的绳子会产生波。
剪切/次级(S)地震波
体育场内的墨西哥波
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