(二)波的幾何描述
波陣面:在波動過程中,把振動相位相同的點連成的面,簡稱波面。也稱波陣面,等相面。
波前:在任何時刻,波面有無數(shù)多個,最前方的波面即是波前。波前只有一個。
波線:沿波的傳播方向作的一些帶箭頭的線。波線的指向表示波的傳播方向。
在各向同性介質(zhì)中,波線與波面是垂直的。引入波面的概念后,可以按照波面對波進行分類,如圖一所示。例如波前為球面的波,稱為球面波; 波前為平面的波,稱為平面波;波前為柱面的波,稱為柱面波。
圖一
(三)描述波的物理量及其相互聯(lián)系
1、描述波動的物理量(分為兩類,)
(1)描述介質(zhì)質(zhì)點振動的物理量:振幅、周期、頻率、相位、初相、位移、速度(振動)和加速度
(2)描述波傳播的物理量
波速 u :振動狀態(tài)傳播的速度,又叫相速。速度的大小由媒質(zhì)的性質(zhì)決定,與波源情況無關(guān)。
例如,標(biāo)準(zhǔn)情況下,不管是高頻聲音還是低頻聲音,在空氣中傳播的速度都是340m/s.
周期t:一個完整的波通過波線上的一點所需的時間。顯然,也是該點完成一次全振動的時間,所以波的周期等于振動周期。
頻率():單位時間通過波線上一點的完整的波形數(shù)目,即,波的頻率等于振動頻率,由波源決定,和介質(zhì)無關(guān)。
波長l:波線上相鄰的,振動狀態(tài)相同的兩質(zhì)元間的距離。它由波源和媒質(zhì)共同決定。
這四個量之間的關(guān)系,可以這樣去記憶,在一個周期t內(nèi),波前進了一個波長l的距離,所以波速與波長以及周期的關(guān)系為u=l/t, 考慮到 ,因而還有u=lν。
固體內(nèi)的橫波和縱波的傳播速度分別為
橫波: 縱波: 其中g為固體的切變模量,y為固體的楊氏彈性模量;ρ為固體的密度。
液體和氣體中,縱波波速為:,其中b為容變彈性模量。