最后更新: 2025-05-13 20:55 查看: 470 次反馈能力测评会员8.2元/月赞助

机械振动与横波和纵波

我们的耳朵能听到各种声音是声波作用于耳膜的结果；医疗检查中的“B 超”利用了超声波的特性；石子投入平静的水面后漾起的阵阵涟漪和艺术体操运动员舞动丝带产生的一个个美丽螺旋也都是特殊的波。这些波都是振动在介质中的传播。

## 机械波
物理学中，把机械振动在介质中的传播称为机械波（mechanical wave）。能够传播机械波的物质（如空气和水等）称为介质。

![图片](/uploads/2025-05/a9f467.svg){width=500px}
图 3-2 绳波示意图

如图 3–2 所示，弹性绳的一端固定，手持另一端连续上下振动。可以看到振动状态沿绳传播，形成了一列波。

这列波由左向右沿绳传播，系在绳上的小铃铛也随之上下振动，但却没有随波移动。这说明，波传播了振动的运动形式和能量，而介质本身并没有随波迁移。

## 机械波的形成和传播
把绳波实验中的弹性绳分成一个个小段来分析，每一小段都简化为一个质点。这些质点间具有相互作用。当外力使第一个质点以一定规律开始运动时，它相对相邻的第二个质点发生了运动，第二个质点将也在弹性力的作用下开始运动；同样，第二个质点的运动又将依次引起第三、第四等较远质点的运动，从而形成了机械波。

由此可见，形成机械波必须要有两个条件：一要有做机械振动的物体——波源，二要有能够传播机械振动的介质。

## 横波

质点上下振动，波向右传播，二者的方向相互垂直。质点的振动方向与波的传播方向相互垂直的波，叫作横波（transverse wave）。在横波中，凸起的最高处叫作波峰（crest），凹下的最低处叫作波谷（trough）,参考下图
![图片](/uploads/2024-01/image_20240108e1c1e84.png)

## 纵波

如图 将一根长而软的弹簧水平放置在光滑平面上，在左端沿弹簧轴线方向不断推、拉弹簧，观察实验现象
实验中观察到，弹簧圈密集的部分和稀疏的部分交替向右传播，在弹簧上形成一种与横波不一样的波。
这种波又是如何形成的呢？我们把一系列弹簧圈看成一系列质点，它们之间由弹力联系着。手执弹簧一端左右振动起来以后，前面的质点依次带动后面的质点左右振动，但后一个质点总比前一个质点迟一些开始振动。也就是说，后一个质点振动的相位总比前一个质点落后一些。这样，弹簧一端左右振动的状态就沿弹簧传播开来。从整体上看，就形成了疏密相间的波。
在图所示的波中，质点左右振动，波向右传播，二者的方向在同一直线上。质点的振动方向与波的传播方
向在同一直线上的波，叫作纵波（longitudinal wave）。在纵波中，质点分布最密的位置叫作密部，质点分布最疏的位置叫作疏部。

发声体振动时在空气中产生的声波是纵波。例如振动的音叉，它的叉股向一侧振动时，压缩邻近的空气，使这部分空气变密，叉股向另一侧振动时，又使这部分空气变得稀疏。 这种疏密相间的状态向外传播就形成声波（

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