基本介紹
形成傳播,分類,概述,橫波,縱波,描述,物理性質,波的折射,波的反射,波的干涉,波的衍射,都卜勒,駐波,
形成傳播
簡介
機械波與機械振動的關係
機械振動產生機械波，機械波的傳遞一定要有介質,有機械振動但不一定有機械波產生。
形成條件
波源也稱振源，指能夠維持振動的傳播，不間斷的輸入能量，並能發出波的物體或物體所在的初始位置。波源即是機械波形成的必要條件，也是電磁波形成的必要條件。
介質
廣義的介質可以是包含一種物質的另一種物質。在機械波中，介質特指機械波藉以傳播的物質。僅有波源而沒有介質時，機械波不會產生，例如，真空中的鬧鐘無法發出聲音。機械波在介質中的傳播速率是由介質本身的固有性質決定的。在不同介質中，波速是不同的。
下表給出了0℃時，聲波在不同介質的傳播速度，數據取自《普通高中課程標準實驗教科書-物理（選修3-4）》(2005年)。單位v/m·s^-1
介質 | 空氣 | 純水 | 鹽水 | 橡膠 | 軟木 | 銅 | 鐵 |
波速 | 332 | 1490 | 1531 | 30～50 | 480 | 3800 | 4900 |
傳播方式
質點運動
機械波在傳播過程中，每一個質點都只做上下（左右）的簡諧振動，即，質點本身並不隨著機械波的傳播而前進，也就是說，機械波的一質點運動是沿一水平直線進行的。例如：人的聲帶不會隨著聲波的傳播而離開口腔。簡諧振動做等幅震動,理想狀態下可看作做能量守恆的運動.阻尼振動為能量逐漸損失的運動.
為了說明機械波在傳播時質點運動的特點，現已繩波（右下圖）為例進行介紹，其他形式的機械波同理。
繩波是一種簡單的橫波，在日常生活中，我們拿起一根繩子的一端進行一次抖動，就可以看見一個波形在繩子上傳播，如果連續不斷地進行周期性上下抖動，就形成了繩波。
繩波
繩波把繩分成許多小部分，每一小部分都看成一個質點，相鄰兩個質點間，有彈力的相互作用。第一個質點在外力作用下振動後，就會帶動第二個質點振動，只是質點二的振動比前者落後。這樣，前一個質點的振動帶動後一個質點的振動，依次帶動下去，振動也就發生區域向遠處的傳播，從而形成了繩波。如果在繩子上任取一點繫上紅布條，我們還可以發現，紅布條只是在上下振動，並沒有隨波前進。
由此，我們可以發現，介質中的每個質點，在波傳播時，都只做簡諧振動（可以是上下，也可以是左右），機械波可以看成是一種運動形式的傳播，質點本身不會沿著波的傳播方向移動。
傳播本質
在機械波傳播的過程中，介質里本來相對靜止的質點，隨著機械波的傳播而發生振動，這表明這些質點獲得了能量，這個能量是從波源通過前面的質點依次傳來的。所以，機械波傳播的實質是能量的傳播，這種能量可以很小，也可以很大，海洋的潮汐能甚至可以用來發電，這是維持機械波（水波）傳播的能量轉化成了電能。
惠更斯原理(Huygens principle)
根據惠更斯原理，我們可以解釋球面波的波面是怎樣形成的，右圖中，點波源O發出的波在t時刻的波面是一個球面S1，該球面上每一個點都可以看成一個新的點波源，它們各自向前發出球面子波，下一時刻（t+△t）新的波面S2，就是這些子波波面相切的包絡面；平面波同理。
惠更斯原理的局限
①沒有說明子波的強度分布問題；
②沒有說明波為什麼只能向前傳播，而不向後傳播的問題。
分類
概述
橫波
物理學中把質點的振動方向與波的傳播方向垂直的波，稱作橫波。在橫波中，凸起的最高處稱為波峰，凹下的最低處稱為波谷。
繩波是常見的橫波。
縱波
物理學中把質點的振動方向與波的傳播方向在同一直線的波，稱作縱波。質點在縱波傳播時來回振動，其中質點分布最密集的地方稱為密部，質點分布最稀疏的地方稱為疏部。
聲波是常見的縱波。
描述
波形曲線
如果在繩子波動的某個時刻拍下照片，就能得到該時刻的波形。這個波形是由同一時刻具有不同位移的繩上各質點組成的。如果在波形上添加一個坐標系，就可以得到該時刻這個波的圖像。用橫坐標x表示沿波傳播方向上各個質點的平衡位置，用縱坐標y表示各個質點離開平衡位置的大小，規定位移方向向上為正值。在坐標平面上，以某一時刻各個質點的x、y值描出各對應點，在用光滑的曲線連線起來，就得到該時刻波的圖像，也稱波形曲線或波形。在波的圖像上，通常用箭頭表示出波的傳播方向。
波形曲線與振動圖像有差別，振動圖像是振動物體在不同時刻的位移，而波形曲線則是一個特定時刻所有質點的位移。
波形曲線上，我們可以讀出同一時刻所有質點的位移、方向，以及波長、周期等物理量。
簡諧波(simple harmonic wave)
物理描述
描述機械波的物理量同樣適用於電磁波，因此，這裡“機械波”簡稱“波”
波長(wave length)
沿著波的傳播方向，兩個相鄰的、相對平衡位置的位移和振動方向總是相同的質點間的距離稱作波長，常用λ表示。在橫波中，波長等於“波峰-波峰”的長度或“波谷-波谷”的長度；在縱波中，波長等於“密部-密部”或“疏部-疏部”的長度。
頻率與周期
波速(wave speed)
波速是單位時間內波在介質中傳播的距離，為波長和頻率的乘積（v=λf），表示波在的傳播速度。機械波在特定介質中的傳播速度是固定的。
物理性質
機械波的物理性質同樣適用於電磁波，因此，這裡“機械波”簡稱“波”
波的折射
在物理學中，我們把波在傳播過程中，由一種介質進入另一種介質時，傳播方向發生改變的現象稱為折射。
進一步研究表明，波在發生折射時，入射角與折射角存在如下關係
(sini)/(sinr)=v1/v2=λ1/λ2
v為波速；λ為波長
這一定律在光學中被稱作斯涅耳定律。
波的反射
在物理學中，把波遇到障礙時反射回來繼續傳播的現象稱為波的反射
波的干涉
頻率相同的兩列波疊加，使某些區域的振動加強，某些區域的振動減弱，而且振動加強的區域和振動減弱的區域相互隔開。這種現象叫做波的干涉。
波的干涉
波的干涉產生干涉的一個必要條件是，兩列波的頻率必須相同或者有固定的相位差。如果兩列波的頻率不同或者兩個波源沒有固定的相位差（相差），相互疊加時波上各個質點的振幅是隨時間而變化的，沒有振動總是加強或減弱的區域，因而不能產生穩定的干涉現象，不能形成干涉圖樣。
兩列波的相干條件是：
①頻率相同
②振動方向相同
③相位相同或相位差恆定
波的疊加原理包含了兩點：
①各波源所激發的波可以在同一介質中獨立地傳播，它們相遇後再分開，其傳播情況（頻率、波長、傳播方向、周相等）與未遇時相同，互不干擾，就好像其他波不存在一樣；
②在相遇區域裡各點的振動是各個波在該點所引起的振動的矢量和。
波的衍射
衍射是波的特有現象，一切波都能發生衍射.
波的衍射
波的衍射②觀察到明顯衍射的條件：只有縫、孔的寬度或障礙物的尺寸跟波長相差不多或者比波長更小時，才能觀察到明顯的衍射現象.
③相對於波長而言，障礙物的線度越大衍射現象越不明顯，障礙物的線度越小衍射現象越明顯。
都卜勒
參見：都卜勒效應
都卜勒效應是為紀念奧地利物理學家及數學家，克里斯琴·約翰·都卜勒（Christian Johann Doppler）而命名的，他於1842年首先提出了這一理論。都卜勒認為，物體輻射的波長因為光源和觀測者的相對運動而產生變化。在運動的波源前面，波被壓縮，波長變得較短，頻率變得較高 (藍移(blue shift))。在運動的波源後面，產生相反的效應。波長變得較長，頻率變得較低 (紅移(red shift))。波源的速度越高，所產生的效應越大。根據光波紅/藍移的程度，可以計算出波源循著觀測方向運動的速度。恆星光譜線的位移顯示恆星循著觀測方向運動的速度。除非波源的速度非常接近光速，否則都卜勒位移的程度一般都很小。所有波動現象 (包括光波) 都存在都卜勒效應。
水波的都卜勒效應
水波的都卜勒效應駐波
頻率和振幅均相同、振動方向一致、傳播方向相反的兩列波疊加後形成的波。波在介質中傳播時其波形不斷向前推進，故稱行波；上述兩列波疊加後波形並不向前推進，故稱駐波。
測量兩相鄰波節間的距離就可測定波長。各種樂器，包括弦樂器、管樂器和打擊樂器，都是由於產生駐波而發聲。為得到最強的駐波， 弦或管內空氣柱的長度L必須等於半波長的整數倍，即，k為整數，λ為波長 。因而弦或管中能存在的駐波波長為，相應的振動頻率為，υ為波速。k=1時，，稱為基頻，除基頻外，還可存在頻率為kn1的倍頻。
入射波（推進波）與反射波相互干擾而形成的波形不再推進（僅波腹上、下振動，波節不移動）的波浪，稱駐波。駐波多發生在海岸陡壁或直立式水工建築物前面。緊靠陡壁附近的海水面隨時間雖作周期性升降，海水呈往複流動，但並不向前傳播，水面基本上是水平的，這就是由於受岸壁的限制使入射波與反射波相互干擾而形成的。波面隨時間作周期性的升降，每隔半個波長就有一個波面升降幅度為最大的斷面，稱為波腹；當波面升降的幅度為0時的斷面，稱為波節。相鄰兩波節間的水平距離仍為半個波長，因此駐波的波面包含一系列的波腹和波節，腹節相間，波腹處的波面的高低雖有周期性變化，但此斷面的水平位置是固定的，波節的位置也是固定的。這與進行波的波峰、波谷沿水平方向移動的現象正好相反，駐波的形狀不傳播，故名駐波。當波面處於最高和最低位置時，質點的水平速度為零，波面的升降速度也為零；當波面處於水平位置時，流速的絕對值最大，波面的升降也最快，這是駐波運動獨有的特性。
