波能传播能量吗?
物理定义:
波浪
物理量的扰动或振动在空间中逐点传递时形成的运动。尽管不同形式的波在产生机制、传播方式以及与物质的相互作用等方面存在很大差异,但它们在传播中表现出许多共性,可以用相同的数学方法来描述和处理。
波浪生成及其类涨落是物质运动的重要形式,广泛存在于自然界中。传输物理量的扰动或振动有多种形式,自旋磁矩的扰动在铁磁体中传播时有机械波、电磁波(包括光波)、温度波(见液氦)、晶格波(见晶格动力学)、自旋波(见固体物理)。事实上,任何被扰动的宏观或微观物理量,在空间传播时都可以形成波。最常见的机械波是组成介质的质点的机械运动(引起位移、密度、压力等物理量的变化)在空间中的传播过程,如弦中的波、水面波、空气或固体中的声波等。这些波的前提是介质中相邻粒子之间存在弹性力或准弹性力相互作用,正是借助这种相互作用,将某一点的振动传递给相邻粒子,所以这些波也称为弹性波。电磁场的振动在空间传播时,取决于电磁场本身的规律,不需要任何介质,所以电磁波(包括光波)可以在真空中传播。振动的物理量可以是标量,对应的波称为标量波(如空气中的声波)或矢量,对应的波称为矢量波(如电磁波)。振动方向与波传播方向一致的称为纵波,垂直的称为横波。
波的共同特征各种形式的波的共同特征是周期性。被扰动的物理量是周期性变化的,即同一点的物理量经过一段时间后完全恢复到原来的值;在空间传播上也具有空间周期性,即沿波传播方向经过一定的空间距离后,会出现相同的振动状态(如质点位移和速度)。因此,受扰物理量u不仅是时间t的周期函数,也是空间位置r的函数,函数u(t,r)称为波函数或波动表达式,是定量描述波动过程的数学表达式。广义地说,所有描述运动状态的函数,只要具有时间周期性和空间周期性的特征,都可以称为波,比如引力波和微观粒子的概率波(见波粒二象性)。
各种波的共同特点是:①在不同介质的界面上可以产生反射和折射,各向同性介质的界面服从反射和折射定律(见反射和折射定律);②通常的线性波叠加遵循波叠加原理(见光的独立传播原理);(3)当两个或两个以上的波在一定条件下叠加时,可以发生干涉现象(见光的干涉);(4)当波在传播路径中遇到障碍物时,可产生衍射现象(见光的衍射);⑤横波可以产生偏振(见光的偏振)。
简谐振动在空间传输中形成的波称为简谐振动,其波函数是正弦或余弦函数。每一点的振动都有相同的频率v,称为波的频率,频率的倒数就是周期,即t = 1/v,波传播方向上振动状态完全相同的相邻两点之间的距离称为波长,用λ表示,波长的倒数称为波数。扰动在单位时间内走过的距离u称为波速。波速、频率和波长之间的关系为u = v λ。波速与波的类型和传播介质的性质有关。波的振幅和相位一般是空间位置r的函数,空间上相位相等的点连接起来形成的曲面称为波前,波阵面上的点连接起来形成的曲面一定是等相位面,称为波前或波阵面。波浪常按波面形状分为平面波、球面波、柱面波,其波面依次为平面、球面、柱面。实际波传递的振动不一定是简谐振动,而是更复杂的周期运动,称为非简谐振动。任何非谐波都可以看作是许多不同频率的非谐波的叠加。
波和能量波的传播总是伴随着能量的传递,机械波传递机械能,电磁波传递电磁能。单位时间内通过垂直于传播方向的单位面积的能量称为波浪的能流密度,常用来描述波浪的强度。能量流密度与振幅的平方成正比。一般情况下,需要区分波的相位传播方向和能量传播方向。同相(即波面)的传播方向与波面垂直,称为波的法向,相(或波面)的传播速度称为相速度或法向速度。对于各向同性介质,波的法线方向和能量传递方向合二为一,相速度和能量传播速度也相同。对于各向异性介质,波的法线方向和能量传播方向一般不重合,相速度和能量传播速度也不相等。
在波动过程中,介质的每个粒子只在平衡位置附近振动,不沿振动传播方向迁移。所以波是振动状态的传播,而不是物质本身的传播。
物理分类:
按性质:两种——机械波和电磁波。机械波是扰动传播引起的动量和能量在物质中的传递。一般物体都是由大量相互作用的粒子组成的。当物体的一部分振动时,由于粒子的相互作用,其他部分会相继振动,材料本身没有相应的大的运动。例如,沿着弦或弹簧传播的波、声波和水波。我们称传播波的物质为介质。它们是可变形的或弹性的和连续的。对于电磁波或引力波,介质不是必须的,传播扰动不是介质的运动而是场。
根据振动方向与传播方向的关系,有三种类型——横波、纵波和球面波。质点振动方向与波传播方向垂直的波称为横波,质点振动方向与波传播方向平行的波称为纵波。
根据波的形状:不定,波的形状看起来是什么样子就叫波。如方波(有的也叫矩形波)、锯齿波、脉冲波、正弦波、余弦波等。
按波长分:长波、中波、短波、微波。
按强度分:正常波(普通波)、冲击波。
(其中有超声波和次声波)等。,没有统一的要求,一般在什么条件下用什么分类方法。