自然界中的波動現象(上篇)

2020-12-25 科學探索菌

這篇文章我將介紹與波有關的物理知識,為了概括波這個概念,讓大家更好的理解,部分內容可能有偏差,請諒解。歡迎關注!

什麼是波?

波動是自然界中一種常見的物質運動形式。說到波動就要說到波源了,能夠持續不斷的發出波的物體或物體所在的初始位置,我們稱之為波源。波動是波源的振動或者擾動在空間中逐點傳播時形成的運動形式。

波動與振動的關係

有波動必然伴隨著振動,有振動並不一定會產生波動現象。振動僅局限於極小範圍的空間,是質點在平衡位置附近的往復運動;而波動是介質中大量質點的集體振動,呈周期性變化。

波是如何形成的?

介質中質點受到相鄰質點的擾動而隨著運動,並將振動形式由遠及近的傳播開來,這樣就形成了波。波傳遞的是振動能量,而波的傳遞過程中介質中粒子的實際位置並沒有發生改變,比如人的聲帶並不會隨著聲波的傳播而離開口腔。

波的分類

為了更好的理解,我們需要將波進行分類。波的分類方法很多,從不同的角度會得到不同形式的分類。

按振動方向和波的傳播方向的不同可分為橫波和縱波,方向一致的稱為縱波,反之稱為橫波;按振動源的物理量屬性,可分為矢量波和標量波;按波陣面的形狀,可以把波分成球面波、柱面波和平面波。

不過最常用的還是按性質來分類。波主要可以分為4種:機械波、電磁波、引力波、物質波。

四種波的簡介

1,機械波

機械波是由機械振動產生的,機械波只能在介質中(實物)傳播,不能在真空中傳播。沒有傳播介質,即使機械振動再強烈也不會產生機械波。在不同介質中機械波的傳播速度也不同。機械波可以是橫波,也可以是縱波。水波、聲波、地震波等都是機械波。

2,電磁波

電磁波是以波動形式傳播的電磁場,且能夠在真空中傳播。整個宇宙空間中充滿了電磁波和電磁場。在真空中電磁波的傳播速度恆定為光速。電磁波是橫波,電磁波的電場方向、磁場方向及傳播方向三者互相垂直。我們通常按頻率或者波長將電磁波分為無線電波、微波、紅外光、可見光、紫外光、X光射線、γ射線。電磁波主要用來通信。

3,引力波

引力是時空彎曲,引力波是引力源在時空中擾動而產生的漣漪。引力波的傳播也不需要介質。電磁波對應著電磁場,而引力波對應著引力場。早在1916年,愛因斯坦就基於廣義相對論預言了引力波的存在,直到100多年後,人類才首次觀測到了引力波。通常只有大質量天體的活動才能產生比較明顯的引力波。

4,物質波

任何微觀粒子都具有波粒二象性,既可以當做波也可以當做粒子對待。物質波又叫德布羅意波,是一種概率波,這與機械波不同。概率波是指物質所有可能存在的位置的概率分布函數。根據不確定性原理,粒子的運動並沒有確定的軌跡,只能確定粒子在空間中某時某地可能出現的概率,其中概率的大小會受到波動規律的支配。

有關波的介紹就先寫到這兒,下一篇將介紹波的性質,以及波在傳播過程中的各種規律。

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