▷ 机械波：特性、公式、类型和示例

本文解释了什么是物理学中的机械波及其特征。因此，您将找到机械波的定义、机械波的示例、机械波的方程是什么以及机械波有哪些不同类型。

什么是机械波？

机械波是在物质介质中传播的波的一种，也就是说，机械波是在物质介质中传播的波。

因此，机械波会对其传播的介质造成暂时的扰动，但不会被传输。

例如，声波是机械波。声波通过空气传播。因此，当它们在物质介质中振荡时，就是机械波。

机械波的主要特征之一是它们传输能量。事实上，机械波携带的能量可能是灾难性的，就像地震波的情况一样。

在物理学中，机械波也称为物质波，因为它们需要物质介质才能传播。

机械波的例子

了解机械波的定义后，我们现在将看到此类波的几个示例，以充分理解该概念。

机械波的例子：

声波是机械波。
地震波也是机械波。
物体撞击水面产生的表面波是机械波。
通过弹簧传播的波是机械波。

机械波的特征

机械波具有以下特征或部分：

伸长率 (y) ：是波的位置与其平衡位置之间的距离。
振幅 (A) ：是最大伸展和平衡位置之间的距离。
波峰：波浪的每个最高点。
谷：波浪的每个最低点。
周期或振荡：它是波从一个点到下一个等效点的路径。
波长（λ） ：是波的两个连续等效点之间的距离。
周期（T） ：是完成一次完整振荡所需的时间。
频率 (f) ：是波在单位时间内产生的振荡或振动的次数。

$f=\cfrac{1}{T}$

角频率（或脉动）(ω) ：这是波进行振荡的速度。

$\omega=\cfrac{2\cdot \pi}{T}=2\cdot \pi \cdot f$

传播速度（v） ：是波传播的速度。

$v=\cfrac{\lambda}{T}=\lambda\cdot f$

机械波的公式

可以描述机械波运动的数学函数始终如下：

$y=f(x\pm v\cdot t)$

金子：

$y$

是波的伸长率。
$x$

是从研究点到波原点的距离。
$v$

是波传播的速度。
$t$

是时刻。

传播速度前面的符号表示机械波是向右移动（负号）还是向左移动（正号）。

如果机械波是谐波，则机械波的方程为 y(x,t) = A·sin(k·x ± ω·t + φ ₀ )。该公式用于计算机械波上某一点在特定位置、特定时间的伸长量。

$y(x,t)=A\cdot \text{sin}(k\cdot x\pm w\cdot t+\phi_0)$

金子：

$y$

是波的伸长率。
$A$

是机械波的振幅。
$x$

是从研究点到波原点的距离。
$k$

为波数，由下式计算：

$k=\cfrac{2\cdot \pi}{\lambda}$
$\omega$

是角频率或脉动频率。
$t$

是时刻。
$\phi_0$

是波的初始阶段。

机械波的类型

机械波的类型有：

纵向波：沿波传播相同方向振荡的机械波类型。
横波：垂直于波传播方向振荡的机械波类型。

纵波

纵波是介质中质点的振荡运动与波传播方向相同的机械波。即，纵波的波尖沿纵向振动。

例如，声波是纵波，因为在这种类型的波中，其尖端的运动与波的传播平行。

➤请参阅：纵波的特性

横波

横波是一种机械波，其振荡垂直于波的传播方向。也就是说，横波的点横向于波的行进方向移动。

例如，一端连接的一根振动的弦就是横波。如果我们固定绳子的一端并垂直移动另一端，则会在绳子上产生垂直于波传播方向的振动，因此它是横波。

➤请参阅：横波的特性

机械波的传播速度

传播速度是机械波在介质中传播的速度。一般来说，机械波的速度是使用以下形式的公式计算的：

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{\text{propriété élastique}}{\text{propriété inertielle}}}$

下面您可以看到在某些特殊物理情况下用于计算机械波传播速度的公式。

横波在弦上的传播速度

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{T}{\mu}}$

金子：

$T$

是弦的张力。
$\mu$

是弦的线性质量密度。

纵波在固体中的传播速度

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{E}{\rho}}$

金子：

$E$

是固体的杨氏模量。
$\rho$

是固体的密度。

纵波在气体（声音）中的传播速度

$\displaystyle v=\sqrt{\frac{\gamma \cdot R\cdot T}{M}}$

金子：

$\gamma$

是气体的绝热系数（在空气的情况下

$\gamma=1,4$

）。
$T$

是以开尔文表示的气体温度。
$R$

是理想的恒定气体，

$\displaystyle R=8.31 \ \frac{J}{mol\cdot K}$

。
$M$

是气体的分子质量。