機(jī)械波（機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播）
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機(jī)械波是一種機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過程，它需要特定的介質(zhì)來傳播，不能在真空中傳播。機(jī)械波與電磁波類似，但它們的產(chǎn)生機(jī)制不同。機(jī)械波的傳播速度取決于特定介質(zhì)的性質(zhì)，不同介質(zhì)中的傳播速度也不同。機(jī)械波
機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播
機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播稱為機(jī)械波（mechanical wave）。機(jī)械波與電磁波既有相似之處又有不同之處，機(jī)械波由機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生，電磁波由電磁振蕩產(chǎn)生；機(jī)械波的傳播需要特定的介質(zhì)，在不同介質(zhì)中的傳播速度也不同，在真空中根本不能傳播。
基本信息
| 中文名 | 機(jī)械波 |
| 外文名 | mechanical wave |
| 釋義 | |
| 分類 | 橫波和縱波 |
定義
機(jī)械波
產(chǎn)生的條件
機(jī)械波
2.是要有能夠傳播機(jī)械振動(dòng)的介質(zhì)。
解釋
1、機(jī)械振動(dòng)在媒質(zhì)中的傳播稱為機(jī)械波。產(chǎn)生機(jī)械波首先要有作機(jī)械振動(dòng)的物體，亦即波源;其次要有能夠傳播這種機(jī)械振動(dòng)的媒質(zhì)，只有通過媒質(zhì)質(zhì)點(diǎn)間的相互作用，才可能把機(jī)械振動(dòng)向外傳播。例如，人發(fā)出的聲波是機(jī)械波，聲帶是波源，空氣是傳播機(jī)械振動(dòng)的媒質(zhì)。
2、一類是由于紡紗機(jī)械上與牽伸有關(guān)的旋轉(zhuǎn)部件的運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)不正常而造成的周期性變異，稱為機(jī)械波，在波譜圖上表現(xiàn)為“煙筒”狀突起，如果當(dāng)
時(shí)，則該機(jī)械波對(duì)織物外觀影響較大。
3、稱為機(jī)械波。這種波在波譜圖上表現(xiàn)為某波長(zhǎng)的波幅突然升高。機(jī)械波的峰高超過該波長(zhǎng)的基本波譜高度的50%時(shí)，將對(duì)織物產(chǎn)生不良影響。
4、造成紗條粗細(xì)不勻呈規(guī)則變化，這種現(xiàn)象稱為“機(jī)械波”.在波譜圖上機(jī)械波的基本波形為許多凸起長(zhǎng)條構(gòu)成的平滑曲線，當(dāng)某一波長(zhǎng)處有偶發(fā)性高凸起時(shí)為有害機(jī)械波俗稱“煙囪”。
5、音頻檢測(cè)基本原理：聲學(xué)測(cè)量原理機(jī)械振動(dòng)在介質(zhì)中的傳播過程稱為機(jī)械波。聲波是機(jī)械波的一種是在彈性介質(zhì)中傳播的縱波其頻率在20～20000Hz范圍內(nèi)。
簡(jiǎn)介
常見的機(jī)械波有：水波、聲波、地震波。
機(jī)械振動(dòng)產(chǎn)生機(jī)械波，機(jī)械波的傳遞一定要有介質(zhì),有機(jī)械振動(dòng)但不一定有機(jī)械波產(chǎn)生。
形成與傳播
形成條件
波源也稱振源，指能夠維持振動(dòng)的傳播，不間斷的輸入能量，并能發(fā)出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機(jī)械波形成的必要條件，也是電磁波形成的必要條件。
波源可以認(rèn)為是第一個(gè)開始振動(dòng)的質(zhì)點(diǎn)，波源開始振動(dòng)后，介質(zhì)中的其他質(zhì)點(diǎn)就以波源的頻率做受迫振動(dòng)，波源的頻率等于波的頻率。
廣義的介質(zhì)可以是包含一種物質(zhì)的另一種物質(zhì)。在機(jī)械波中，介質(zhì)特指機(jī)械波借以傳播的物質(zhì)。僅有波源而沒有介質(zhì)時(shí)，機(jī)械波不會(huì)產(chǎn)生，例如，真空中的鬧鐘無法發(fā)出聲音。機(jī)械波在介質(zhì)中的傳播速率是由介質(zhì)本身的固有性質(zhì)決定的。在不同介質(zhì)中，波速是不同的。
下表給出了
時(shí)，聲波在不同介質(zhì)的傳播速度，數(shù)據(jù)取自《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書-物理（選修3-4）》(2005年)[1]。單位
傳播方式與特點(diǎn)
（圖）繩波
為了說明機(jī)械波在傳播時(shí)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，現(xiàn)以繩波（右圖）為例進(jìn)行介紹，其他形式的機(jī)械波同理。
由此，我們可以發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)，在波傳播時(shí)，都只做簡(jiǎn)諧振動(dòng)（可以是上下，也可以是左右），機(jī)械波可以看成是一種運(yùn)動(dòng)形式的傳播，質(zhì)點(diǎn)本身不會(huì)沿著波的傳播方向移動(dòng)。
機(jī)械波傳播的本質(zhì)
（圖）惠更斯原理
質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)
機(jī)械波在傳播過程中，每一個(gè)質(zhì)點(diǎn)都只做上下(左右)的簡(jiǎn)諧振動(dòng)，即，質(zhì)點(diǎn)本身并不隨著機(jī)械波的傳播而前進(jìn)，也就是說，機(jī)械波的一質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)是沿一水平直線進(jìn)行的。例如：人的聲帶不會(huì)隨著聲波的傳播而離開口腔。簡(jiǎn)諧振動(dòng)做等幅震動(dòng)，理想狀態(tài)下可看作做能量守恒的運(yùn)動(dòng)。阻尼振動(dòng)為能量逐漸損失的運(yùn)動(dòng).
為了說明機(jī)械波在傳播時(shí)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)，現(xiàn)已繩波(右下圖)為例進(jìn)行介紹，其他形式的機(jī)械波同理[1]。
繩波是一種簡(jiǎn)單的橫波，在日常生活中，我們拿起一根繩子的一端進(jìn)行一次抖動(dòng)，就可以看見一個(gè)波形在繩子上傳播，如果連續(xù)不斷地進(jìn)行周期性上下抖動(dòng)，就形成了繩波[1]。
把繩分成許多小部分，每一小部分都看成一個(gè)質(zhì)點(diǎn)，相鄰兩個(gè)質(zhì)點(diǎn)間，有彈力的相互作用。第一個(gè)質(zhì)點(diǎn)在外力作用下振動(dòng)后，就會(huì)帶動(dòng)第二個(gè)質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)，只是質(zhì)點(diǎn)二的振動(dòng)比前者落后。這樣，前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)帶動(dòng)后一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)，依次帶動(dòng)下去，振動(dòng)也就發(fā)生區(qū)域向遠(yuǎn)處的傳播，從而形成了繩波。如果在繩子上任取一點(diǎn)系上紅布條，我們還可以發(fā)現(xiàn)，紅布條只是在上下振動(dòng)，并沒有隨波前進(jìn)[1]。
由此，我們可以發(fā)現(xiàn)，介質(zhì)中的每個(gè)質(zhì)點(diǎn)，在波傳播時(shí)，都只做簡(jiǎn)諧振動(dòng)(可以是上下，也可以是左右)，機(jī)械波可以看成是一種運(yùn)動(dòng)形式的傳播，質(zhì)點(diǎn)本身不會(huì)沿著波的傳播方向移動(dòng)。
對(duì)質(zhì)點(diǎn)運(yùn)動(dòng)方向的判定有很多方法，比如對(duì)比前一個(gè)質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)；還可以用"上坡下，下坡上"進(jìn)行判定，即沿著波的傳播方向，向上遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點(diǎn)向下運(yùn)動(dòng)，向下遠(yuǎn)離平衡位置的質(zhì)點(diǎn)向上運(yùn)動(dòng)。
惠更斯原理
惠更斯原理(Huygens principle)，惠更斯原理用于解釋球面波和平面波的傳播，此外還可以解釋波的反射、衍射的現(xiàn)象。
在總結(jié)許多實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，荷蘭科學(xué)家惠更斯提出：介質(zhì)中波陣面上每一個(gè)點(diǎn)（有無數(shù)個(gè)）都可以看成一個(gè)新的波源，這些新的波源發(fā)出的子波。經(jīng)過一定時(shí)間后，這些子波的包絡(luò)面就構(gòu)成下一時(shí)刻的波面。
根據(jù)惠更斯原理，我們可以解釋球面波的波面是怎樣形成的，右上圖中，點(diǎn)波源O發(fā)出的波在t時(shí)刻的波面是一個(gè)球面S，該球面上每一個(gè)點(diǎn)都可以看成一個(gè)新的點(diǎn)波源，它們各自向前發(fā)出球面子波，下一時(shí)刻（
）新的波面S'，就是這些子波波面相切的包絡(luò)面；平面波同理。
惠更斯原理的局限
①?zèng)]有說明子波的強(qiáng)度分布問題；
②沒有說明波為什么只能向前傳播，而不向后傳播的問題。
后來，菲涅耳對(duì)惠更斯原理作了重要的補(bǔ)充，形成惠更斯-菲涅耳原理，這些缺陷才被克服。
基本分類
橫波與縱波
（圖）機(jī)械波波長(zhǎng)
橫波(transverse wave)
物理學(xué)中把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)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。
繩波是常見的橫波。
縱波(longitudinal wave)
物理學(xué)中把質(zhì)點(diǎn)的振動(dòng)方向與波的傳播方向在同一直線的波，稱作縱波。質(zhì)點(diǎn)在縱波傳播時(shí)來回振動(dòng)，其中質(zhì)點(diǎn)分布最密集的地方稱為密部，質(zhì)點(diǎn)分布最稀疏的地方稱為疏部。
聲波是常見的縱波[1]。
描述
圖像描述（波形曲線）
（圖）簡(jiǎn)諧波的波形曲線
波形曲線與振動(dòng)圖像有差別，振動(dòng)圖像是振動(dòng)物體在不同時(shí)刻的位移，而波形曲線則是一個(gè)特定時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的位移。
波形曲線上，我們可以讀出同一時(shí)刻所有質(zhì)點(diǎn)的位移、方向，以及波長(zhǎng)、周期等物理量。
簡(jiǎn)諧波的波形曲線簡(jiǎn)諧波(simple harmonic wave)
如果介質(zhì)中各個(gè)質(zhì)點(diǎn)做簡(jiǎn)諧運(yùn)動(dòng)，它所形成的波就是一種最基本、最簡(jiǎn)單的波，稱為簡(jiǎn)諧波，它的波形是正弦（或余弦）曲線。其他波可以看成是若干個(gè)簡(jiǎn)諧波合成的[1]。
物理量描述
描述機(jī)械波的物理量同樣適用于電磁波，因此，這里“機(jī)械波”簡(jiǎn)稱“波”
波長(zhǎng)(wave length)
沿著波的傳播方向，兩個(gè)相鄰的、相對(duì)平衡位置的位移和振動(dòng)方向總是相同的質(zhì)點(diǎn)間的距離稱作波長(zhǎng)，常用λ表示。在橫波中，波長(zhǎng)等于“波峰-波峰”的長(zhǎng)度或“波谷-波谷”的長(zhǎng)度；在縱波中，波長(zhǎng)等于“密部-密部”或“疏部-疏部”的長(zhǎng)度。
頻率與周期
波上任意一個(gè)質(zhì)點(diǎn)完成一次全振動(dòng)所需時(shí)間稱為周期，常用T表示；介質(zhì)中的質(zhì)點(diǎn)每秒完成全振動(dòng)的次數(shù)叫做波的頻率，常用f表示。頻率是周期的倒數(shù)。
波速(wave speed)
波速為波長(zhǎng)和頻率的乘積（
），表示波在的傳播速度。機(jī)械波在特定介質(zhì)中的傳播速度是固定的[1]。
物理性質(zhì)
機(jī)械波的物理性質(zhì)同樣適用于電磁波，因此，這里“機(jī)械波”簡(jiǎn)稱“波”。
波的折射(refraction of wave)
在物理學(xué)中，我們把波在傳播過程中，由一種介質(zhì)進(jìn)入另一種介質(zhì)時(shí)，傳播方向發(fā)生改變的現(xiàn)象稱為折射。
進(jìn)一步研究表明，波在發(fā)生折射時(shí)，入射角與折射角存在如下關(guān)系：
v為波速；λ為波長(zhǎng)
這一定律在光學(xué)中被稱作斯涅耳定律。
波的反射(reflection of wave)
在物理學(xué)中，把波遇到障礙時(shí)反射回來繼續(xù)傳播的現(xiàn)象稱為波的反射。
波的干涉頻率相同的兩列波疊加，使某些區(qū)域的振動(dòng)加強(qiáng)，某些區(qū)域的振動(dòng)減弱，而且振動(dòng)加強(qiáng)的區(qū)域和振動(dòng)減弱的區(qū)域相互隔開。這種現(xiàn)象叫做波的干涉。
產(chǎn)生干涉的一個(gè)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(gè)波源沒有固定的相位差（相差），相互疊加時(shí)波上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)的振幅是隨時(shí)間而變化的，沒有振動(dòng)總是加強(qiáng)或減弱的區(qū)域，因而不能產(chǎn)生穩(wěn)定的干涉現(xiàn)象，不能形成干涉圖樣。
①頻率相同
②振動(dòng)方向相同
③相位相同或相位差恒定
波的疊加原理
波的疊加原理包含了兩點(diǎn)：
①各波源所激發(fā)的波可以在同一介質(zhì)中獨(dú)立地傳播，它們相遇后再分開，其傳播情況（頻率、波長(zhǎng)、傳播方向、周相等）與未遇時(shí)相同，互不干擾，就好像其他波不存在一樣；
波的衍射(diffraction of wave)
（圖）波的衍射
①波可以繞過障礙物繼續(xù)傳播，這種現(xiàn)象叫做波的衍射。
③相對(duì)于波長(zhǎng)而言，障礙物的線度越大衍射現(xiàn)象越不明顯，障礙物的線度越小衍射現(xiàn)象越明顯。
參見：多普勒效應(yīng)
（圖）水波的多普勒效應(yīng)
參考資料
[1]
CNKI概念知識(shí)元庫(kù)[引用日期2012-02-06]
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