简谐运动与波动

直观展示横波与纵波的形成过程——质点做简谐运动,相邻质点依次延迟形成波动。

波动参数

物理量(x=0 处标记质点)

周期 T1.00 s
波长 λ2.00 m
角频率 ω6.28 rad/s
质点位移 x--
质点速度 v--
质点加速度 a--

物理原理

简谐运动方程:x(t) = A·cos(ωt + φ),其中 ω = 2πf

横波方程:y(x,t) = A·cos(ωt − kx)·e^(−γx),其中 k = 2π/λ = ω/v(γ 为空间衰减系数)

纵波方程:u(x,t) = A·cos(ωt − kx)·e^(−γx),质点沿 x 方向振动(疏密相间)

波长:λ = v/f = vT(仅对行波成立)

横波中质点振动方向与波的传播方向垂直;纵波中质点振动方向与波的传播方向平行。每个质点都做简谐运动,相邻质点存在相位差,宏观上形成波动。

注:振幅 A 与质点位移以厘米(cm)计量,波长 λ 与空间坐标以米(m)计量(真实介质中振幅通常远小于波长);纵/横方向像素标度不同,波形为示意;衰减因子 e^(−γx) 表示振幅随传播距离衰减(A(x)=A·e^(−γx))。

当前为横波模式,所有参数可调节。