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横波和纵波

 酒坛新鬼 2014-08-20

横波纵波

波就是振动的传播。当波从波源传播出去,就是介质的事。
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1 基本简介

  波就是振动的传播。当波从波源传播出去,就是介质的事。横波纵波横波纵波

  在同种均匀介质中,振动的传播是匀速直线运动,这种运动,用波速V表征。

  对于匀速直线运动,波速V不变(大小不变,方向不变),所以波速V是一个不变的量。

  振动是另一回事,介质分子并没有随着波的传播而迁移,介质分子的永不停息的无规则的运动,是热运动,其平均速度为零。

  所以,在研究振动和波的问题上,为了使问题尽量简化,我们假定所有的介质分子都是静止的。它们每一个个体的运动,只是简谐振动

  我们知道,作简谐振动的质点的运动速度,时时刻刻都是变化的。如果振动方程是

  x=Asinωt

  那么,速度就是v=ωAcosωt,

  时间t变化,振速v随时间而发生变化。

2 波长分类

  当振动在介质中传播时,有两种形式,一种叫做P波,又叫做纵波。这种波的特点就是在介质中传播时,波的传播方向与质点振动方向一致。

  另一种叫做S波,又叫横波。这种波的特点就是在介质中传播时,波的传播方向与质点振动方向垂直。

2.1 横波transverse wave(S波)

  横波也称“凹凸波”。质点的振动方向与波的传播方向垂直,这样的波称为“横波”。横波纵波横波纵波横波的特点是质点的振动方向与波的传播方向相互垂直。在横波中波长通常是指相邻两个波峰或波谷之间的距离。电磁波、光波就是横波。

  横波;质点的振动方向与波的传播方向垂直的波。突起的部分为波峰,凹下部分叫波谷。

2.2 纵波longitudinal wave (P波)

  横波纵波横波纵波  纵波是质点的振动方向与传播方向平行的波。如敲锣时,锣的振动方向与波的传播方向就是平行的,声波是纵波。 

  定义:一个可以穿过整个地球的主要的(压缩的)地震波。之所以这样命名是因为它是在地震期间到达地震仪驻地的第一波。

3 波长定义

  波长:沿着 波 的传播方向,在波的图形中相对 平衡位置 的位移时刻相同的两个质点之间的距砻。 横波与纵波的波长 ---- 在横波中波长通常是指相邻两个 波峰 或 波谷 之间的距离。在纵波中波长是指相邻两个 密部 或 疏部 之间的距离。

4 波长传播

  固体有切变弹性,所以在固体中能传播横波,纵波在固体、液体和气体中都可以传播。液体表面形成的水波是由于重力和表面张力作用而形成的,表面每个质点振动的方向又不和波的传播方向保 严格说,在水表面的水波并不属于横波的范畴,因为水波与地震波都是既有横波又有纵波的复杂类型的机械波

  水波很容易被认为是一种横波,实际上并非如此。在平衡的情况下,水的表面是水平的。水面发生扰动时,使水面恢复水平的回复力有两个,一个是重力,另一个是表面张力。水波中,对水面质点提供的回复力在波长很小时,表面张力的作用是主要的,这种波叫做表面张力波。对于波长很长很长的波,表面张力的作用可以忽略,波动主要是重力作用的结果,这种波叫做重力波。由于水的不可压缩性,波峰中的水必然是从附近的波谷中流出来的。因此,水波中的每个质点的运动都是由纵向运动横向运动合成的

5 相关问题

  有人会问:如果振速v与波速V 既不在同一直线上,又不互相垂直呢?

  我们可以认为,这样的波源传播出来的波,含有两列波,一列是纵波,一列是横波。

  它们在同一种介质中的传播速度V不同,纵波的速度比横波的速度大得多。所以,在波从波源中传播出来之后,它们就自动分开了。

  那为什么纵波和横波的波速会不相同的呢?

  首先我们应该知道:什么是纵波?什么是横波?如果最基本的问题都没有搞清楚,却不断地追问下去,最后的结果,除了把自己搞糊涂,没有任何好处。

  我们如果对分子运动论很熟悉,就会知道,既然我们研究的介质分子是静止的、均匀分布的,那么,对于纵波来说,当振子向前运动时,它将占据前方原来均匀分布介质分子的空间,把原来的介质分子压缩在一个小空间中,形成一个密部。

  密部的分子之间的距离变小,呈现的分子力是斥力。斥力使分子向周围作离心运动。离心运动的结果,使原来是密部的小空间变成疏部,而周围的空间变成新的密部。

  那么,宏观地看,相当于原来密部变成疏部,而且密部传播出去。

  那么,新的疏部也传播出去。

  于是,宏观地看,振子(波源)不断向外传播出密疏相间的振动,这就是纵波。

  显然,分子力的斥力较为强大,而且作用范围较近,因此,振动传播出去的速度较快。所以,纵波的传播速度较快。

  不仅如此,这一叙述对所有介质都适用。所以,纵波可以在固体、液体、气体的内部传播,也可以在固体的表面传播,却不可以在液体和气体的分界面上传播。

  那为什么纵波不可以在液体和气体的分界面上传播?

  在液体和气体的分界面上,液体的表面层分子比较稀薄,形成一个呈现表面张力的特殊层。这一层如果出现密部和疏部,意味着液体的表面粉碎。

  表面张力不允许液体表面粉碎,所以液体表面不能传播纵波。

  那么横波呢?对于波速V,介质分子是横向运动的,它们之间的分子力主要为分子引力,力较小,作用范围又较大,所以振动的传播比较慢。

  气体分子之间没有横向力,液体内部的分子之间也没有横向力,所以,横波不能在气体中传播,也不能在液体中传播。横波可以在固体内部、固体表面、液体和气体的分界面上传播。

  当地震发生时,强大的能量在震中释放出来,造成破坏。例如,四川汶川地震播放的能量,相当于256颗原子弹同时爆炸。这样巨大的能量,有部分以地震波的形式,传播出去。

  其中,当然有纵波和横波。

  由于纵波可以在地球内部的所有介质中传播,所以,传播到台湾北京遥远的地方的地震波,主要是纵波。纵波在建筑物中引发的震感,就是水平晃动。楼层越高,感觉越明显。

  横波呢?横波在地球内部传播时,遇到地下水、或者河流、海洋,就会"过不去"。横波在震中附近的建筑物中引发的震感,就是竖直巅波。

  对于抗震级数不够的建筑物,竖直巅波会直接破坏建筑的内部结构,破坏性比纵波强烈得多。

  虽然,震中之外的地方,横波比纵波来得慢,它震松了建筑结构,并没有造成坍塌。可是等下一个纵波到来时,已经震松了的建筑结构,如何能够经受水平的晃动?这就是余震比主震级数低,破坏力却更大的主要原因。

  通常,主震到余震之间有一定的时间,如果能够抓紧这段时间,撤离建筑物,到空旷的地方去,那么,需要挖掘救助的人员,就会大大降低。

 
 

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