一、駐波(standingwave)
波在介質中傳播時其波形不斷向前推進,故稱行波;上述兩列波疊加后波形并不向前推進,故稱駐波。例如,一弦線的一端與音叉一臂相連,另一端經(jīng)支點O并跨過滑輪后與一重物相連。
音叉振動后在弦線上產(chǎn)生一自左向右傳播的行波,傳到支點O后發(fā)生反射,弦線中產(chǎn)生一自右向左傳播的反射波,當弦長接近1/2波長的整數(shù)倍時。兩列波疊加后弦線上各點的位移為(設音叉振動規(guī)律為u=Acosωt)u(x,t)=2Asin(x)sin(ωt)=A(x)sin(ωt),弦線上每個固定的點均作簡諧運動,但不同點的振幅不同,由x值決定。振幅為零的點稱為波節(jié),振幅最大處稱為波腹。波節(jié)兩側的振動相位相反。相鄰兩波節(jié)或波腹間的距離都是半個波長。在行波中能量隨波的傳播而不斷向前傳遞,其平均能流密度不為零;但駐波的平均能流密度等于零,能量只能在波節(jié)與波腹間來回運行。
二、駐波的使用:
能量以動能和位能的形式交換儲存,亦傳播不出去。
測量兩相鄰波節(jié)間的距離就可測定波長。各種樂器,包括弦樂器、管樂器和打擊樂器,都是由于產(chǎn)生駐波而發(fā)聲。為得到最強的駐波,弦或管內(nèi)空氣柱的長度L必須等于半波長的整數(shù)倍,即,k為整數(shù),λ為波長。因而弦或管中能存在的駐波波長為,相應的振動頻率為,υ為波速。k駐波=1時,稱為基頻,除基頻外,還可存在頻率為kn1的倍頻。
三、駐波的特性:
駐波多發(fā)生在海岸陡壁或直立式水工建筑物前面。緊靠陡壁附近的海水面隨時間雖作周期性升降,海水呈往復流動,但并不向前傳播,水面基本上是水平的,這就是由于受岸壁的限制使入射波與反射波相互干擾而形成的。
波面隨時間作周期性的升降,每隔半個波長就有一個波面升降幅度為最大的斷面,稱為波腹;當波面升降的幅度為0時的斷面,稱為波節(jié)。相鄰兩波節(jié)間的水平距駐波離仍為半個波長,因此駐波的波面包含一系列的波腹和波節(jié),腹節(jié)相間,波腹處的波面的高低雖有周期性變化,但此斷面的水平位置是固定的,波節(jié)的位置也是固定的。這與進行波的波峰、波谷沿水平方向移動的現(xiàn)象正好相反,駐波的形狀不傳播,故名駐波。
當波面處于最高和最低位置時,質點的水平速度為零,波面的升降速度也為零;當波面處于水平位置時,流速的絕對值最大,波面的升降也最快,這是駐波運動獨有的特性。
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