粒子在波中的振荡包含一些能量。根据波中能量的变化,我们可以将波分为驻波和行波。驻波和行波的主要区别在于,行波将能量从一个地方传递到另一个地方,而驻波不将能量从一个地方传递到另一个地方。
前进波把能量从一个地方转移到另一个地方,而不转移物质。在渐进的机械波中,一个振荡的分子将其部分能量转移到下一个分子,然后,这个分子也开始振荡。这个分子现在把能量传递给下一个分子,…所以能量沿着波传递。在电磁波的情况下,电场和磁场的变化携带了波的能量。
太阳发出的光就是前进波的一个例子。电场和磁场的振荡将能量从太阳一路带到地球。在行波中,两个相邻的点永远不会同相。假设沿着波的一个点a处于一个特定的相位。如果A有一个相邻的点B,并且波在A到B的方向上传播,那么点B在A传播一瞬间后获得A的相位。在这种情况发生的同时,A也在改变它的相位,所以A和B永远不会彼此处于相位。因此,如果A在给定时间获得其“振幅”(即从平衡点的最大位移),则B稍后获得其振幅,但此时A不再处于振幅值。
驻波不能将能量从一个地方传递到另一个地方。相反,它们把能量“储存”在一个地方。驻波是由两个频率相同、振幅相似、方向相反的行波相互干扰而形成的。如果你看驻波,它似乎是由“环”组成的。这些环的“中间”称为波腹,这些环的“边”称为节点,如下所示:
Stationary waves: nodes and antinodes
节点形成在两个前进波以相反相位干涉的地方。波腹形成于两个前进波相干涉的地方。请注意,这种稳定模式仅在特定频率下形成,称为谐波频率。在其他频率下,两个前进波在任何一点的相位关系都不是恒定的,因此你将无法看到清晰、稳定的模式。下面的视频提供了一个很好的演示,展示了驻波是如何在振动绳上形成的。
在驻波中,“环内”(即两个连续节点之间)的每个点都是同相的。这意味着所有的振荡同时达到振幅。然而,在一个驻波上没有两个相邻的点具有相同的振幅。波腹处的点振幅最大,而节点处的点振幅为0。驻波中两个“相邻环”中的点彼此反相。驻波中两个连续的节点(或两个连续的波腹)之间的距离等于波长的一半。
吉他弦产生的波是驻波。当你拨动一根弦时,你会产生一个前进的波,它沿着弦传播,并在弦的末端反射。原始波与反射波干涉,形成驻波。长笛和其他管乐器也能产生驻波。这些驻波是由这些仪器中空气柱中的空气分子振荡产生的。
前进波把能量从一个地方转移到另一个地方,而不转移物质。
驻波不能将能量从一个地方传递到另一个地方。
在行波中,两个相邻的点不在同一相位。
在驻波中,两个连续节点之间的所有点都处于同一相位。
在行波中,每个点达到相同的振幅。
在驻波中,不同的点获得不同的振幅。
“显示节点和波腹的驻波…”由Vegar Ottesen(自己的作品)[CC by-SA 3.0],通过Wikimedia Comm***
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