声波
波动现象出现在物理学的许多领域中,力学中出现振动传播形成的机械波,电磁学中出现电磁波,在现代物理学中还有给出发现粒子概率的物质波。下面我们以力学中的声波作为一个波的特殊的对象来讨论。
声学是力学的一个分支,所以它要用牛顿定律来解释。声波由一处往另一处传播,只是力学定律及传播声的那种物质(介质)的性质的推论。
现在考虑声波的一维传播。当一个物体在空气中的某个地方运动时,会有一种扰动在空气中传开。这种扰动可以被描述为是由物体运动产生的空气压强的变化:当物体运动得很快时,空气没有足够得时间绕过物体流过去,于是随着物体得运动而被压缩,这引起了压强得变化。这种变化推动了周围的其它气体,接着这些气体又被压缩,于是又引起更远处空气的压强变化,这样就有一种“波”传播开了。为了用数学描述这个过程,我们用\(\chi(x,t)\)来描述位于坐标\(x\)的“一小块”气体的的位移情况,\(P(x,t)\)来描述这块气体中的压强,\(\rho(x,t)\)来描述密度,等等。
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