机械波是什么?关于机械波的详细介绍

创闻科学2020-11-16 15:54:44

机械波是物质振荡的波,因此可以通过介质传递能量。虽然波可以长距离移动,但传输的介质即材料,它的移动是有限的,因此振荡材料不会远离其初始平衡位置。机械波传输能量,这种能量与波的传播方向相同,任何种类的波(机械波或电磁波)都有一定的能量,机械波只能在具有弹性和惯性的介质中产生。

机械波需要初始能量输入。一旦这个初始能量被加入,波就会穿过介质,直到它所有的能量都被转移走了。相比之下,电磁波则不需要介质,但它仍然可以通过介质传播。

机械波的一个重要特性,是它们的振幅的测量方式不同寻常:位移除以(规约的)波长。当它可以与单位尺度比较时,可能会出现显著的非线性效应,如产生谐波,如果它足够大,可能会导致混沌效应。例如,当无量纲振幅超过1时,水体表面的波浪就会破碎,导致表面泡沫和湍流混合。机械波最常见的例子有水波、声波和地震波。

机械波有三种类型:横波、纵波和表面波。电磁波不同于机械波。

横波

横波是波的一种形式,在这种形式中,介质颗粒沿着垂直于波运动方向、在平均位置附近振动。

例如,将长弹簧的一端(另一端固定)左右晃动,而不是前后晃动。光也具有横波的特性,尽管它是电磁波。

纵波

纵波使介质沿平行于波的方向振动。它由多个压缩和稀疏的部分组成。纵波中稀疏部分的距离最远,压缩部分的距离最近。由于被压缩介质中的原子更接近,纵波的速度在更高的压缩率下增加。声音是一种纵波。

表面波

表面波沿着两种介质之间的表面或界面传播。表面波的一个例子是水池中的波,或者海洋、湖泊或任何其他类型的水体中的波。表面波有两种类型,即瑞利波和洛夫波。

瑞利波,也称为地滚波,是以波纹形式传播的波,其运动类似于水面上的波。对于典型的均匀弹性介质,瑞利波比体波慢得多,大约是体波速度的90%。瑞利波只有二维能量损失,因此在地震中比传统的体波更具破坏性,而纵波和横波则在所有三个方向都损失能量。

洛夫波是一种表面波,其水平波被剪切或横向于传播方向。它们的传播速度通常比瑞利波稍快,约为体波速度的90%,振幅最大。

例子

  • 地震波
  • 声波
  • 海洋和湖泊上的风浪