机械波（机械振动在介质中的传播）
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更新时间：2023-05-31
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机械波是一种机械振动在介质中的传播过程，它需要特定的介质来传播，不能在真空中传播。机械波与电磁波类似，但它们的产生机制不同。机械波的传播速度取决于特定介质的性质，不同介质中的传播速度也不同。机械波
机械振动在介质中的传播
机械振动在介质中的传播称为机械波（mechanical wave）。机械波与电磁波既有相似之处又有不同之处，机械波由机械振动产生，电磁波由电磁振荡产生；机械波的传播需要特定的介质，在不同介质中的传播速度也不同，在真空中根本不能传播。
基本信息
| 中文名 | 机械波 |
| 外文名 | mechanical wave |
| 释义 | |
| 分类 | 横波和纵波 |
定义
机械波
产生的条件
机械波
2.是要有能够传播机械振动的介质。
解释
1、机械振动在媒质中的传播称为机械波。产生机械波首先要有作机械振动的物体，亦即波源;其次要有能够传播这种机械振动的媒质，只有通过媒质质点间的相互作用，才可能把机械振动向外传播。例如，人发出的声波是机械波，声带是波源，空气是传播机械振动的媒质。
3、称为机械波。这种波在波谱图上表现为某波长的波幅突然升高。机械波的峰高超过该波长的基本波谱高度的50%时，将对织物产生不良影响。
5、音频检测基本原理：声学测量原理机械振动在介质中的传播过程称为机械波。声波是机械波的一种是在弹性介质中传播的纵波其频率在20～20000Hz范围内。
简介
常见的机械波有：水波、声波、地震波。
机械振动产生机械波，机械波的传递一定要有介质,有机械振动但不一定有机械波产生。
形成与传播
形成条件
波源也称振源，指能够维持振动的传播，不间断的输入能量，并能发出波的物体或物体所在的初始位置。波源即是机械波形成的必要条件，也是电磁波形成的必要条件。
波源可以认为是第一个开始振动的质点，波源开始振动后，介质中的其他质点就以波源的频率做受迫振动，波源的频率等于波的频率。
广义的介质可以是包含一种物质的另一种物质。在机械波中，介质特指机械波借以传播的物质。仅有波源而没有介质时，机械波不会产生，例如，真空中的闹钟无法发出声音。机械波在介质中的传播速率是由介质本身的固有性质决定的。在不同介质中，波速是不同的。
下表给出了
时，声波在不同介质的传播速度，数据取自《普通高中课程标准实验教科书-物理（选修3-4）》(2005年)[1]。单位
传播方式与特点
为了说明机械波在传播时质点运动的特点，现以绳波（右图）为例进行介绍，其他形式的机械波同理。
由此，我们可以发现，介质中的每个质点，在波传播时，都只做简谐振动（可以是上下，也可以是左右），机械波可以看成是一种运动形式的传播，质点本身不会沿着波的传播方向移动。
机械波传播的本质
（图）惠更斯原理
质点的运动
机械波在传播过程中，每一个质点都只做上下(左右)的简谐振动，即，质点本身并不随着机械波的传播而前进，也就是说，机械波的一质点运动是沿一水平直线进行的。例如：人的声带不会随着声波的传播而离开口腔。简谐振动做等幅震动，理想状态下可看作做能量守恒的运动。阻尼振动为能量逐渐损失的运动.
为了说明机械波在传播时质点运动的特点，现已绳波(右下图)为例进行介绍，其他形式的机械波同理[1]。
绳波是一种简单的横波，在日常生活中，我们拿起一根绳子的一端进行一次抖动，就可以看见一个波形在绳子上传播，如果连续不断地进行周期性上下抖动，就形成了绳波[1]。
把绳分成许多小部分，每一小部分都看成一个质点，相邻两个质点间，有弹力的相互作用。第一个质点在外力作用下振动后，就会带动第二个质点振动，只是质点二的振动比前者落后。这样，前一个质点的振动带动后一个质点的振动，依次带动下去，振动也就发生区域向远处的传播，从而形成了绳波。如果在绳子上任取一点系上红布条，我们还可以发现，红布条只是在上下振动，并没有随波前进[1]。
由此，我们可以发现，介质中的每个质点，在波传播时，都只做简谐振动(可以是上下，也可以是左右)，机械波可以看成是一种运动形式的传播，质点本身不会沿着波的传播方向移动。
对质点运动方向的判定有很多方法，比如对比前一个质点的运动；还可以用"上坡下，下坡上"进行判定，即沿着波的传播方向，向上远离平衡位置的质点向下运动，向下远离平衡位置的质点向上运动。
惠更斯原理
惠更斯原理(Huygens principle)，惠更斯原理用于解释球面波和平面波的传播，此外还可以解释波的反射、衍射的现象。
根据惠更斯原理，我们可以解释球面波的波面是怎样形成的，右上图中，点波源O发出的波在t时刻的波面是一个球面S，该球面上每一个点都可以看成一个新的点波源，它们各自向前发出球面子波，下一时刻（
）新的波面S'，就是这些子波波面相切的包络面；平面波同理。
惠更斯原理的局限
①没有说明子波的强度分布问题；
②没有说明波为什么只能向前传播，而不向后传播的问题。
后来，菲涅耳对惠更斯原理作了重要的补充，形成惠更斯-菲涅耳原理，这些缺陷才被克服。
基本分类
横波与纵波
（图）机械波波长
横波(transverse wave)
物理学中把质点的振动方向与波的传播方向垂直的波，称作横波。在横波中，凸起的最高处称为波峰，凹下的最低处称为波谷。
绳波是常见的横波。
纵波(longitudinal wave)
物理学中把质点的振动方向与波的传播方向在同一直线的波，称作纵波。质点在纵波传播时来回振动，其中质点分布最密集的地方称为密部，质点分布最稀疏的地方称为疏部。
声波是常见的纵波[1]。
描述
图像描述（波形曲线）
（图）简谐波的波形曲线
波形曲线与振动图像有差别，振动图像是振动物体在不同时刻的位移，而波形曲线则是一个特定时刻所有质点的位移。
波形曲线上，我们可以读出同一时刻所有质点的位移、方向，以及波长、周期等物理量。
简谐波的波形曲线简谐波(simple harmonic wave)
物理量描述
描述机械波的物理量同样适用于电磁波，因此，这里“机械波”简称“波”
波长(wave length)
沿着波的传播方向，两个相邻的、相对平衡位置的位移和振动方向总是相同的质点间的距离称作波长，常用λ表示。在横波中，波长等于“波峰-波峰”的长度或“波谷-波谷”的长度；在纵波中，波长等于“密部-密部”或“疏部-疏部”的长度。
频率与周期
波速(wave speed)
波速为波长和频率的乘积（
），表示波在的传播速度。机械波在特定介质中的传播速度是固定的[1]。
物理性质
机械波的物理性质同样适用于电磁波，因此，这里“机械波”简称“波”。
波的折射(refraction of wave)
在物理学中，我们把波在传播过程中，由一种介质进入另一种介质时，传播方向发生改变的现象称为折射。
进一步研究表明，波在发生折射时，入射角与折射角存在如下关系：
v为波速；λ为波长
这一定律在光学中被称作斯涅耳定律。
波的反射(reflection of wave)
在物理学中，把波遇到障碍时反射回来继续传播的现象称为波的反射。
波的干涉频率相同的两列波叠加，使某些区域的振动加强，某些区域的振动减弱，而且振动加强的区域和振动减弱的区域相互隔开。这种现象叫做波的干涉。
产生干涉的一个必要条件是，两列波的频率必须相同或者有固定的相位差。如果两列波的频率不同或者两个波源没有固定的相位差（相差），相互叠加时波上各个质点的振幅是随时间而变化的，没有振动总是加强或减弱的区域，因而不能产生稳定的干涉现象，不能形成干涉图样。
①频率相同
②振动方向相同
③相位相同或相位差恒定
波的叠加原理
波的叠加原理包含了两点：
①各波源所激发的波可以在同一介质中独立地传播，它们相遇后再分开，其传播情况（频率、波长、传播方向、周相等）与未遇时相同，互不干扰，就好像其他波不存在一样；
波的衍射(diffraction of wave)
（图）波的衍射
①波可以绕过障碍物继续传播，这种现象叫做波的衍射。
③相对于波长而言，障碍物的线度越大衍射现象越不明显，障碍物的线度越小衍射现象越明显。
参见：多普勒效应
（图）水波的多普勒效应
参考资料
[1]
CNKI概念知识元库[引用日期2012-02-06]
