16: Waves
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在本章中，我们将研究波浪运动的物理学。 我们专注于机械波，机械波是在空气或水等介质中移动的干扰。 就像上一章中研究的简单谐波运动一样，通过介质传递的能量与振幅的平方成正比。 本章中介绍的概念将成为许多有趣主题的基础，从信息传输到量子力学的概念。
- 16.1: 波浪前奏
- 海洋中的地表水浪是横向波浪，其中波浪的能量水平传播，而水由于一定的恢复力而上下振荡。 浮标可以用来将海浪的强大力量转化为电能。 波浪经过时产生的浮标的上下运动被转换为旋转运动，使发电机中的转子转动。
- 16.2: 旅行浪潮
- 波浪是一种以波速从原点移动的干扰，而机械波是通过介质移动的扰动，受牛顿定律的控制。 电磁波是电场和磁场中的干扰，不需要介质。 横向波的干扰垂直于波的传播方向，而纵波的扰动与其传播方向平行。
- 16.3: 波浪数学
- 波浪是一种在介质中传播的振荡，伴随着能量的转移。 能量沿波浪运动的方向从一个点转移到另一个点。 介质中的粒子围绕平衡位置上下振荡、来回振荡或两者同时振荡。 假定波浪的函数是波浪的快照，并且只是位置 x 的函数，则可以通过将 x 替换为 x vt 来建模以恒定速度移动的脉冲或波浪的运动。
- 16.4: 拉伸绳上的波速
- 弦上波浪的速度取决于弦的线性密度和弦中的张力。 线性密度是字符串每单位长度的质量。 通常，波浪的速度取决于介质弹性特性与惯性特性之比的平方根。 T = 20 °C 时，声音通过空气的速度约为 v_s = 343.00 m/s。
- 16.5: 波浪的能量和力量
- 波浪的能量和功率与波浪振幅的平方和波浪角频率的平方成正比。 强度定义为功率除以面积。 当波浪从源头移出时，能量是守恒的，但强度会随着面积的增加而降低。
- 16.6: 波浪的干扰
- 叠加是两个波浪在同一位置的组合。 构造干扰来自两个相位相同的波浪的叠加。 破坏性干扰来自两个相位异常180°的相同波的叠加。 两个正弦波的叠加产生的波浪是振幅取决于相位差值的波浪。
- 16.7: 驻波和共振
- 驻波是两个波浪的叠加，它产生的波浪振幅各不相同，但不会传播。 节点是驻波中的不运动点。 antinode 是驻波最大振幅的位置。 弦上波浪的正常模式是可能的驻波模式。 产生驻波的最低频率被称为基频。 产生驻波的较高频率称为泛音。
缩略图：世界首屈一指的大浪冲浪地点之一 Mavericks 的冲浪者。 （冲浪者：安德鲁·戴维斯）。 （CC SA-BY 2.0；Shalom Jacobovitz）。