波
地震波(Seismic Waves)
橫波 (Transverse Wave)
同調性(Coherence)
同調性(Coherence)
國立臺南第一高級中學物理科王俊乃老師/國立彰化師範大學物理系吳仲卿教授責任編輯
在物理領域,同調性屬於波的性質之一,它可以讓波產生不隨時間以及不隨空間改變,穩定的干涉結果(interference)。當兩波在干涉時,如果兩波疊加之後可以產生振幅更大的合成波,則稱為建設性干涉(constructive interference);反之,如果兩波疊加之後可以產生振幅更小的合成波,則稱為破壞性干涉(destructive interference)。
縱波(Longitudinal Wave)
縱波(Longitudinal Wave)
台中縣常春藤高級中學李品慧老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯
縱波為波振動方向延著或平行於波的行進方向,即介質的振動方向與波的行進方向相同,力學上的縱波也可稱為壓縮波。
非電磁波非電磁波縱波的例子有聲波(壓力的傳遞、粒子位移、彈性物質中粒子速度的傳遞)以及地震波中的P波(由地震或爆炸引起)。
聲波我們可用以下的方程式來描述縱向聲波的頻率及波長:
y(x, t) = y0sin(ω( t – x / c))
其中 1. y(x,t)為質點距離平衡點的位移。 2. x為質點距離原點的位移。 3. t為經過的時間。 4. y0為振盪的振幅。 5. c為波速。 6. ω為角頻率。
量值 x/c為波行進x所經過的時間,波的頻率f 可用f = ω / 2Π來計算,單位為赫茲Hz。 聲波的傳播速度與溫度、壓力、介質有關。
頻率 〈Frequency〉
頻率(Frequency)
國立彰化師範大學物理系侯院武/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯
頻率為測量重複事件發生次數的單位。
有循環性的運動,例如旋轉、振盪、或波,定義為每單位時間的循環數頻率,以拉丁字母λ或希臘字母ν表示。在SI單位系統,頻率的單位為Hz,以紀念德國物理學家Heinrich Hertz,亦為次數/秒(cps),在某些情況下仍在使用。心跳率以及音樂節拍器,則以拍/分鐘(bpm)為單位。至於轉動頻率,則經常表示為轉/分 (rpm),bpm以及rpm除以60,即為Hz,因此60bpm對應的單位為1Hz。
頻率的相關測量稱為角頻率ω,定義為角度在運動時的改變率,或是正弦波形周相位ω= 2πf,角頻率以弧度/秒為單位。周期通常以T表示與頻率f成反比,在SI單位系統以秒為單位。
測量
要計算事件的頻率,首先計算在某固定的時間區間內事件的發生次數,再除以事件所經過的時間。在計算事件頻率的實驗中(計算擺的頻率),要測量的是固定次數發生所經過的時間,而非固定時間內事件發生的次數,因為反向操作將會增加測量的隨機誤差。計算頻率的替代方法為測量兩個連續發生事件所經過的時間,然後利用頻率與週期成反比的性質計算頻率,更準確的測量則為選取數個循環再計算每個週期的平均。
高頻率的測量中直接計算是相當困難而且不可能的,因此我們使用其他的方法:以一已知頻率f0的聲源或光源(例如雷射音叉或波形產生器)為參考,因為觀察頻率和參考頻率同時產生,而且頻率差以一可被測量的極低頻率Δf,計算這個效應有時被稱為stroboscope effect,而未知的頻率為f=f0+Δf。
諧波 (Harmonic)
諧波(Harmonic)
台中縣常春藤高級中學李品慧教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯
在聲學和電信學裡,諧波是基頻的整數倍信號,如頻率是f,諧波的頻率可以是2f,3f,4f等,也包含f本身,所以諧波在頻率上是有週期性的,又由於傅立業級數的性質,信號的總和與它的諧波頻率也是有週期性的。
許多振子,包含人類的聲音、受拉的小提琴弦、或仙王星座的變光星,或多或少都有週期性,也因此可被分解為諧波。
大部分的擺盪物,如彈動的吉他弦、打動的鼓或敲動的鐘、不同頻率的自然振盪,都可產生泛音,即使擺盪物為細長的物體,如吉他弦,小喇叭或樂鐘,產生的泛音仍是基頻的整數倍,因此這些樂器可以模仿唱歌的聲音,並且結合為音樂,至於非基頻整數倍的泛音則稱為非諧音,通常聽起來不悅耳。
駐波 〈Stnading Wave〉﹝二﹞
駐波(Stnading Wave)﹝二﹞
國立彰化師範大學物理系侯院武碩士生/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯
數學推導
同振幅、頻率、波長,但是以相反方向運動的波,互相干涉而產生駐波或是靜止波,舉例來說一個諧波向右傳遞,並撞擊另一端點而產生駐波,反射波必須擁有與入射波相同的振幅和頻率。
假設諧波可以下式表示:
y1 = y0 sin( k x – ω t )
y2 = y0 sin( k x + ω t )
y0 振幅
ω 角頻率
k 波數
x 位置變數
t 時間變數
駐波 〈Stnading Wave〉﹝一﹞
駐波(Stnading Wave)﹝一﹞
國立彰化師範大學物理系侯院武碩士生/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯
駐波,亦即大家所熟知的靜止波,是一種維持在固定位置的波,這個現象發生在介質運動與波傳遞的方向相反時,或是由於兩個傳遞方向相反的波在靜止的介質內互相干擾。在第二個情況下只要波以等振幅,且相反的方向傳遞就不會伴隨淨能量傳遞。
運動介質
第一種類的範例,如在某些氣象條件下,駐波會在山脈的背風面形成,常被飛機駕駛員所利用;駐波和水壓躍遷是由於湍急的河流及潮汐的流動,而產生如Saltstraumen的大漩渦。
