物理學中把質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波,稱作橫波。在橫波中,凸起的最高處稱為波峰,凹下的最低處稱為波谷。機械振動在介質中的傳播稱為機械波(mechanicalwave)。機械波與電磁波既有相似之處又有不同之處,機械波由機械振動產生,電磁波由電磁振蕩產生;機械波的傳播需要特定的介質,在不同介質中的傳播速度也不同,在真空中根本不能傳播,而電磁波(例如光波)可以在真空中傳播;機械波可以是橫波和縱波,但電磁波只能是橫波;機械波與電磁波的許多物理性質,如:折射、反射等是壹致的,描述它們的物理量也是相同的。常見的機械波有:水波、聲波、地震波。
波形曲線
如果在繩子波動的某個時刻拍下照片,就能得到該時刻的波形。
這個波形是由同壹時刻具有不同位移的繩上各質點組成的。
如果在波形上添加壹個坐標系,就可以得到該時刻這個波的圖像。
用橫坐標x表示沿波傳播方向上各個質點的平衡位置,用縱坐標y表示各個質點離開平衡位置的大小,規定位移方向向上為正值。
機械波
縱波
在縱波中,粒子位移平行於波的傳播方向。動畫顯示了沿管傳播的壹維縱向平面波。粒子不會隨著波沿著管子向前移動;它們只是圍繞各自的平衡位置來回擺動。選擇壹個粒子並觀察它的運動。動畫顯示了單個粒子的振蕩運動與波在介質中的傳播之間的差異。動畫還標識了壓縮和稀疏區域。
地震中的P波(初級波)是縱向波的例子。P波以最快的速度傳播並且最先到達。
橫波
在橫波中,粒子位移垂直於波的傳播方向。動畫顯示了從左到右傳播的壹維橫向平面波。粒子不隨波移動;當波浪經過時,它們只是在各自的平衡位置上下振蕩。
地震中的S波(二次波)是橫波的例子。S波以比P波慢的速度傳播。
機械波的物理性質同樣適用於電磁波,因此,這裏“機械波”簡稱“波”
波的折射
在物理學中,我們把波在傳播過程中,由壹種介質進入另壹種介質時,傳播方向發生改變的現象稱為折射。
在波的折射中入射波的波線與法線的夾角稱為入射角,用i表示;折射波的波線與法線的夾角叫做折射角,用r表示。
折射定律
進壹步研究表明,波在發生折射時,入射角與折射角存在如下關系
(sini)/(sinr)=v1/v2=λ1/λ2
v為波速;λ為波長
這壹定律在光學中被稱作斯涅耳定律。
波的幹涉
頻率相同的兩列波疊加,使某些區域的振動加強,某些區域的振動減弱,而且振動加強的區域和振動減弱的區域相互隔開。這種現象叫做波的幹涉。
產生幹涉的壹個必要條件是,兩列波的頻率必須相同或者有固定的相位差。如果兩列波的頻率不同或者兩個波源沒有固定的相位差(相差),相互疊加時波上各個質點的振幅是隨時間而變化的,沒有振動總是加強或減弱的區域,因而不能產生穩定的幹涉現象,不能形成幹涉圖樣。