第二節 脈衝、橫波與縱波
橫向脈衝與縱向脈衝

如上一節那樣,拉長一根在地上的軟彈簧,然後用手把彈簧的其中一端迅速擺動一下。這樣,彈簧上的螺旋圈便會依次振動起來、產生一個沿彈簧前進的脈衝 (pulse)。視乎擺動方向乃是垂直於還是平行於軟彈簧的伸展方向,脈衝的形態就會分別如般或般。

只要留意彈簧上任何一個螺旋圈,便能發現,當脈衝經過任何一個螺旋圈時,螺旋圈只在原本的位置上下或前後振動一次,而不會隨脈衝移動。當螺旋圈振動的方向,垂直於脈衝的傳播方向(),這種脈衝稱為橫向脈衝。而當螺旋圈振動的方向,平行於脈衝的傳播方向(),這種脈衝稱為縱向脈衝皆用了一串質點,分別演示了橫向脈衝和縱向脈衝上每部分的運動。


橫向脈衝
橫向脈衝的質點運動(請點擊右下角圖示啟動動畫,並留意中間的紅點)。當向右移動的脈衝經過每個質點時,質點只會上下振動一次,然後返回原本位置,不隨脈衝移走。

縱向脈衝
縱向脈衝的質點運動(請點擊右下角圖示啟動動畫,並留意中間的紅點)。當向右移動的脈衝經過每個質點時,質點只會左右移動一次,然後返回原本位置,不隨脈衝移走。

,質點本來是靜止的。隨着波的傳播質點便順次振動起來,換言之:

       介質中的質點順次
  • 獲得
  • 放出
了能量。這表明傳播波的過程中,同時將
  • 波形
  • 能量
從振源傳遞出去。

橫波與縱波

如果不斷來回擺動或推拉軟彈簧的一端,便會造成一連串脈衝。這一連串的脈衝,就是波,也稱為連續波。由橫向脈衝組成的波,稱為橫波;而由縱向脈衝組成的,就是縱波。 就分別模擬了軟彈簧上的橫波和縱波。一般情況下,可用質點來表示及分析波動。皆以一串質點分別演示了橫波和縱波的運動。根據質點的運動方向,橫波與縱波分別定義為:

橫波:波的傳播方向與質點運動方向互相垂直

所示,橫波的波形,是由凹下和凸上的曲線重複交替連接而成。波形中凸上部分的最高點,稱為波峰 (wave crest);凹下部分的最低點,稱為波谷 (wave trough)。橫波傳播之際,波峰和波谷以相同速度移動。

縱波:波的傳播方向與質點運動方向互相平行

當縱波出現在軟彈簧上,彈簧上部分的螺旋圈會聚在一起,部分的螺旋圈會隔開一點,如 所示。螺旋圈較密的部分稱為密部 (compression),較疏的部分稱為疏部 (rarefaction)。縱波傳播之際,密部和疏部以相同速度移動。


彈簧上的橫波(請點擊右下角圖示啟動動畫),留意彈簧上的每個螺旋圈的運動。橫波在軟彈簧上傳播時,彈簧上的螺旋圈會不斷振動,振動方向垂直於波的傳播方向。彈簧上橫波波形中凸上和凹下的部分,分別是波峰和波谷。
橫波上質點運動的方向,垂直於波傳播方向。請點擊右下角圖示啟動動畫,並留意橫波中每個質點的運動(如紅點的運動)

彈簧上的縱波(請點擊右下角圖示啟動動畫),請細心觀察彈簧中每個螺旋圈的運動。縱波在軟彈簧上傳播之際,彈簧上的螺旋圈會不斷振動,振動方向平行於波的傳播方向。螺旋圈較密和較疏的部分,分別是密部和疏部。
縱波上質點運動的方向,平行於波傳播方向。請點擊右下角圖示啟動動畫,留意縱波中每個質點的運動(如紅點的運動)
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