1. 振幅
這個(gè)看波形就好理解,既然每個(gè)點(diǎn)都在各自的位置上振動(dòng),那么一定是在一定范圍內(nèi)的,不可能離開(kāi)原來(lái)的位置再也回不去,對(duì)吧?所以各點(diǎn)離開(kāi)原來(lái)位置的最遠(yuǎn)距離就是振動(dòng)的最大幅度,簡(jiǎn)稱(chēng)為振幅。在波形振動(dòng)圖上,振幅通常指的是壓力值,因?yàn)閳D形描述的是“壓力隨時(shí)間變化關(guān)系”,即橫坐標(biāo)軸(X)為時(shí)間軸,縱坐標(biāo)軸(Y)為壓力值。
2. 周期
我們從波形上可以看到波向遠(yuǎn)處傳播時(shí),在某一時(shí)刻的靜態(tài)波形有一定規(guī)律的重復(fù),我們可以找在相同位置的點(diǎn),最容易找的是位于坐標(biāo)軸上的點(diǎn),選取離得最近的兩點(diǎn)且兩點(diǎn)間所包含的區(qū)間波形與后續(xù)每隔兩點(diǎn)的波形完全相同,這兩點(diǎn)間就是一個(gè)周期,對(duì)應(yīng)橫坐標(biāo)(時(shí)間軸)的兩個(gè)刻度差就是時(shí)間差,所以周期就是相同波形重復(fù)出現(xiàn)的最短時(shí)間,單位就是時(shí)間單位 – 分鐘(mins.)、秒(s)、毫秒(ms)等。
3. 頻率
教科書(shū)上通常說(shuō)頻率是周期的倒數(shù) ,公式通常都是枯燥無(wú)味的!其實(shí)也好理解,上面說(shuō)“周期是規(guī)律重復(fù)出現(xiàn)的最短時(shí)間”,頻率其實(shí)就是在規(guī)定的時(shí)間段內(nèi)出現(xiàn)多少個(gè)周期,而這個(gè)“規(guī)定時(shí)間”就規(guī)定為1秒,所以1秒內(nèi)出現(xiàn)多少個(gè)周期,就是頻率,頻率單位規(guī)定使用“赫茲”(Hz)。當(dāng)然你也可以這樣直白得描述“每分(或秒或毫秒)多少個(gè)波”,當(dāng)然規(guī)范的國(guó)際度量單位赫茲永遠(yuǎn)指的是1秒內(nèi)多少個(gè)周期。
頻率與周期關(guān)系:1秒內(nèi)6個(gè)周期,就是6赫茲
4. 相位
多多覺(jué)得“相位”是最難理解的小古怪。對(duì)一個(gè)因質(zhì)點(diǎn)振動(dòng)且向遠(yuǎn)處傳播的機(jī)械波形,我們可能希望知道在某一時(shí)刻,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)在波形中所處的相對(duì)位置關(guān)系。一般都是各點(diǎn)相對(duì)于振源(第一個(gè)開(kāi)始振動(dòng)的點(diǎn)),通常是坐標(biāo)原點(diǎn)。那么應(yīng)該怎么來(lái)表達(dá)這種相對(duì)關(guān)系呢?
請(qǐng)看下面動(dòng)圖,我們不難發(fā)現(xiàn)各質(zhì)點(diǎn)在做直線往復(fù)運(yùn)動(dòng)所產(chǎn)生的傳播波形,可看成“一個(gè)質(zhì)點(diǎn)”在做一個(gè)圓周運(yùn)動(dòng)。
What? Emmm。。。。。。
好像哪里有點(diǎn)不對(duì)勁。。。。。。
一定會(huì)有杠精跳出來(lái)說(shuō)“多多上次說(shuō)過(guò),波在傳播過(guò)程中,各個(gè)質(zhì)點(diǎn)一直在“原地”來(lái)回振動(dòng),并不會(huì)沿波的傳播方向往前跑~這顯然不是一個(gè)點(diǎn)在運(yùn)動(dòng)”。是的,沒(méi)毛病!不要被動(dòng)圖迷惑了,其實(shí)這只是為了便于理解下一步的知識(shí)點(diǎn),虛構(gòu)出來(lái)的圓周運(yùn)動(dòng)而已。它是這么虛構(gòu)出來(lái)的,動(dòng)圖上做圓周運(yùn)動(dòng)的點(diǎn),其實(shí)代表了在波向前傳播過(guò)程中不同時(shí)刻的各個(gè)質(zhì)點(diǎn),子曰:“它不是一個(gè)人在戰(zhàn)斗,是很多人在戰(zhàn)斗”。
換句話講,如果把波形上在某一時(shí)刻,一個(gè)周期波形內(nèi)位于不同位置的質(zhì)點(diǎn)放在一起,就會(huì)拼成一個(gè)圓。就像下面這樣(不好意思,取得點(diǎn)少了一點(diǎn),不夠縝密哈,請(qǐng)自行腦補(bǔ)加密,然后圓就出現(xiàn)了)。
多多已經(jīng)使出洪荒之力,要還是不明白,多多只能躲到墻角里哽咽一下。。。。。。然后繼續(xù)。。。。。。所以,要描述某一點(diǎn)相對(duì)于振源(原點(diǎn))的關(guān)系,就是看某一點(diǎn)在這個(gè)“虛構(gòu)”出來(lái)的圓周上對(duì)應(yīng)點(diǎn)與起始點(diǎn)的關(guān)系。我們可以看下具體怎么表示,
圖中A點(diǎn)要返回O點(diǎn)(原點(diǎn),即最初起振位置),則相對(duì)于O點(diǎn)的位置關(guān)系相當(dāng)于在虛構(gòu)的圓周運(yùn)動(dòng)中,A的投影點(diǎn)a運(yùn)動(dòng)方向向下(運(yùn)動(dòng)方向是客觀存在不能變)與a離開(kāi)o的距離連線(振幅也不能變)之間的夾角θ,這就是傳說(shuō)中的相位角或相位。
因?yàn)榻嵌仁?0進(jìn)位制,在數(shù)學(xué)物理計(jì)算時(shí)相對(duì)麻煩(總要單位換算~太煩了),因此通常用弧度來(lái)描述。1弧度就是一段等于圓半徑長(zhǎng)的圓弧所對(duì)應(yīng)的圓心角,習(xí)慣上在寫(xiě)相位值時(shí)略去單位“弧度”(或rad),表示為一個(gè)實(shí)數(shù),如:2π/3 (我們知道一個(gè)π就是180°)。
所以,我們很容易就能理解波峰和波谷就是90°(π/4)和270°(3π/4)當(dāng)然如果不需要進(jìn)行數(shù)學(xué)物理的量化表達(dá)時(shí),我們只要知道相位是正或負(fù)(坐標(biāo)軸X的上方為正,下方為負(fù))即可,就是通常說(shuō)的正壓相、負(fù)壓相。
5. 波長(zhǎng)
跟我們每個(gè)人都有身高類(lèi)似,每個(gè)波也有自己的“身高”,叫做波長(zhǎng)。只不過(guò),人的身高是從頭到腳作為一個(gè)完整的整體,而波是周期性重復(fù),總是從頭到腳的循環(huán),也就是如“相位”中描述的,完成一個(gè)完整的虛擬圓,即總是相差360°(2π)。因此,波形圖上任意兩個(gè)相差2π的點(diǎn)之間,就是波的身高,即“波長(zhǎng)”,通常用希臘字母λ,/'l?md?/表示。跟我們?nèi)松砀哂懈甙粯?,不同的波也有長(zhǎng)短。通常我們討論是橫波的波長(zhǎng),而縱波的波長(zhǎng)則是相差一個(gè)相鄰的疏部或密部,也就是相差2π(一個(gè)周期)。
6. 波速
對(duì)于波長(zhǎng),我們還可以換一個(gè)角度理解:波長(zhǎng)其實(shí)就是波在一個(gè)周期內(nèi)所跑過(guò)的距離。所以想知道波跑得快慢,也就是速度,顯然用跑過(guò)的距離(波長(zhǎng))除以時(shí)間(周期)就可以得到速度,這個(gè)速度就是波的移動(dòng)速度,稱(chēng)為“波速”,通常用c(或ν/nju:/)。由此,我們知道波長(zhǎng)、波速和周期(或頻率)間的關(guān)系,即:ν= λ/T,而根據(jù)周期和頻率互為倒數(shù)關(guān)系T=1/f,我們又可以得到波長(zhǎng)和頻率的關(guān)系:ν=λ*f。
以上,就是用于描述機(jī)械波的常用主要物理特征參數(shù),理解這些常見(jiàn)物理參數(shù)是深入學(xué)習(xí)了解聲波的必要基礎(chǔ)。
本文轉(zhuǎn)載自多尼爾高研院
圖片來(lái)源于專(zhuān)業(yè)網(wǎng)站,侵權(quán)刪