1. 振幅
這個看波形就好理解,既然每個點都在各自的位置上振動,那么一定是在一定范圍內的,不可能離開原來的位置再也回不去,對吧?所以各點離開原來位置的最遠距離就是振動的最大幅度,簡稱為振幅。在波形振動圖上,振幅通常指的是壓力值,因為圖形描述的是“壓力隨時間變化關系”,即橫坐標軸(X)為時間軸,縱坐標軸(Y)為壓力值。
2. 周期
我們從波形上可以看到波向遠處傳播時,在某一時刻的靜態波形有一定規律的重復,我們可以找在相同位置的點,最容易找的是位于坐標軸上的點,選取離得最近的兩點且兩點間所包含的區間波形與后續每隔兩點的波形完全相同,這兩點間就是一個周期,對應橫坐標(時間軸)的兩個刻度差就是時間差,所以周期就是相同波形重復出現的最短時間,單位就是時間單位 – 分鐘(mins.)、秒(s)、毫秒(ms)等。
3. 頻率
教科書上通常說頻率是周期的倒數 ,公式通常都是枯燥無味的!其實也好理解,上面說“周期是規律重復出現的最短時間”,頻率其實就是在規定的時間段內出現多少個周期,而這個“規定時間”就規定為1秒,所以1秒內出現多少個周期,就是頻率,頻率單位規定使用“赫茲”(Hz)。當然你也可以這樣直白得描述“每分(或秒或毫秒)多少個波”,當然規范的國際度量單位赫茲永遠指的是1秒內多少個周期。
4. 相位
多多覺得“相位”是最難理解的小古怪。對一個因質點振動且向遠處傳播的機械波形,我們可能希望知道在某一時刻,各個質點在波形中所處的相對位置關系。一般都是各點相對于振源(第一個開始振動的點),通常是坐標原點。那么應該怎么來表達這種相對關系呢?
請看下面動圖,我們不難發現各質點在做直線往復運動所產生的傳播波形,可看成“一個質點”在做一個圓周運動。
What? Emmm。。。。。。
好像哪里有點不對勁。。。。。。
一定會有杠精跳出來說“多多上次說過,波在傳播過程中,各個質點一直在“原地”來回振動,并不會沿波的傳播方向往前跑~這顯然不是一個點在運動”。是的,沒毛??!不要被動圖迷惑了,其實這只是為了便于理解下一步的知識點,虛構出來的圓周運動而已。它是這么虛構出來的,動圖上做圓周運動的點,其實代表了在波向前傳播過程中不同時刻的各個質點,子曰:“它不是一個人在戰斗,是很多人在戰斗”。
換句話講,如果把波形上在某一時刻,一個周期波形內位于不同位置的質點放在一起,就會拼成一個圓。就像下面這樣(不好意思,取得點少了一點,不夠縝密哈,請自行腦補加密,然后圓就出現了)。
多多已經使出洪荒之力,要還是不明白,多多只能躲到墻角里哽咽一下。。。。。。然后繼續。。。。。。所以,要描述某一點相對于振源(原點)的關系,就是看某一點在這個“虛構”出來的圓周上對應點與起始點的關系。我們可以看下具體怎么表示,
圖中A點要返回O點(原點,即最初起振位置),則相對于O點的位置關系相當于在虛構的圓周運動中,A的投影點a運動方向向下(運動方向是客觀存在不能變)與a離開o的距離連線(振幅也不能變)之間的夾角θ,這就是傳說中的相位角或相位。
因為角度是60進位制,在數學物理計算時相對麻煩(總要單位換算~太煩了),因此通常用弧度來描述。1弧度就是一段等于圓半徑長的圓弧所對應的圓心角,習慣上在寫相位值時略去單位“弧度”(或rad),表示為一個實數,如:2π/3 (我們知道一個π就是180°)。
所以,我們很容易就能理解波峰和波谷就是90°(π/4)和270°(3π/4)當然如果不需要進行數學物理的量化表達時,我們只要知道相位是正或負(坐標軸X的上方為正,下方為負)即可,就是通常說的正壓相、負壓相。
5. 波長
跟我們每個人都有身高類似,每個波也有自己的“身高”,叫做波長。只不過,人的身高是從頭到腳作為一個完整的整體,而波是周期性重復,總是從頭到腳的循環,也就是如“相位”中描述的,完成一個完整的虛擬圓,即總是相差360°(2π)。因此,波形圖上任意兩個相差2π的點之間,就是波的身高,即“波長”,通常用希臘字母λ,/'l?md?/表示。跟我們人身高有高矮一樣,不同的波也有長短。通常我們討論是橫波的波長,而縱波的波長則是相差一個相鄰的疏部或密部,也就是相差2π(一個周期)。
6. 波速
對于波長,我們還可以換一個角度理解:波長其實就是波在一個周期內所跑過的距離。所以想知道波跑得快慢,也就是速度,顯然用跑過的距離(波長)除以時間(周期)就可以得到速度,這個速度就是波的移動速度,稱為“波速”,通常用c(或ν/nju:/)。由此,我們知道波長、波速和周期(或頻率)間的關系,即:ν= λ/T,而根據周期和頻率互為倒數關系T=1/f,我們又可以得到波長和頻率的關系:ν=λ*f。
以上,就是用于描述機械波的常用主要物理特征參數,理解這些常見物理參數是深入學習了解聲波的必要基礎。
本文轉載自多尼爾高研院
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