基本介紹
- 中文名：球面波
- 外文名：spherical wave
- 領域：物理
- 定義：波陣面為同心圓的波
- 產生條件：聲源尺度遠小於媒質聲波波長
- 場：自由場
概念,表示,聲波,波陣面,自由場,聲場,
概念
構想在無限均勻媒質中有一球狀聲源，其表面迅速地膨脹和收縮，且表面上的各點作同相位同振幅的振動，向周圍媒質輻射的波就是球面波。這種聲波是球對稱的，即聲壓的大小僅與離球心的距離有關。任何形狀的聲源，只要它的尺寸比波長小的多得都可以看作點聲源，輻射球面波。對於球面波，在離聲源任意距離上的聲強與距離平方成反比，聲壓與距離成反比，聲壓與振動速度之間的相位差與球面波的半徑對波長的比值成反比。輻射球面波時媒質的聲阻抗率是複數，它具有純阻和純抗兩部分，並與半徑和波長有關。當球面波半徑很大時，純抗分量可以忽略。
表示
波前或波面為球面的波場。最簡單的球面波是球對稱的波場，可以表示為u(r，t)=1/rf(r- ct)，式中c為波速; t為時間; r為至球心的距離 在傳播過程中，它的波形保持不變，波幅與到球心 的距離成反比而衰減。對彈性體內球腔的內壁施力 可以產生球面波。當所施之力使球腔沿徑向均勻伸 縮時，所生成的是具有縱波形式的無旋球面波; 當 所施之力使球腔繞軸作剛性轉動時，所生成的是具 有橫波形式的等容球面波。
聲波
機械振動在彈性媒質中的傳播。在固體中機械振動可以以縱波形式傳播，也可以以橫波形式傳播，但是，縱波的波速大於橫波的波速。例如，鋼中縱波的波速是5 170米/秒，而橫波的波速為2 550米/秒，在液體或空氣中，由於它們具有流動性，沒有切變彈性，所以，機械振動只能以縱波形式傳播。聲波傳入人耳，引起鼓膜振動，進一步引起一系列聽覺器官振動，最後刺激聽覺神經而產生聲音的感覺。但頻率高於20 000赫茲的聲波(超音波)和低於20赫茲的聲波(次聲波)一般不能引起人的聲感，只有頻率在兩者之間的聲波才能聽到。聲波傳播到兩種媒質分界面時，一部分將反射回第一種媒質， 另一部分發生折射進入第二種媒質。反射回來的聲波，如果同原發聲傳入耳的時間間隔約在1/20秒以上，強度又相差不多，人耳能夠清楚地聽到，這就是回聲;如果時間間隔在1/20秒以內，人耳分辨不出原發聲和回聲，這時反射回來的聲波有使聲音加強的作用， 所以室內聽聲音比廣場響亮。
波陣面
波陣面亦稱“波 面”。波在傳播過程中，介質內振動相位相同的點聯成的同相位面。波的傳播可視為波陣面在介質中的運 動。在各向同性的均勻介質中，波速大小與方向無關，點波源形成的 波面(如聲波)是以波源為中心的同 心球面。地震學中，波陣面是與地 震射線垂直的幾何面，它代表某時 刻地震波能量到達的空間位置。波 陣面的形狀決定於介質的性質及波的類型。在各向同性的介質中，地 震射線是直線，波陣面是球面;在非 均勻介質中，地震射線是曲線，波陣 面是不規則的曲面。根據波陣面的形狀，一般可以把波分成球面波、柱面波和平面波。
自由場
均勻的各向同性的非流動媒質中，邊界影響可以不計的聲場。自由聲場條件中要求媒質中各點的化學成分、溫度、靜壓力、密度、聲速、衰減等物理、化學性質保持不變，媒質的邊界無限遠，或採取消聲措施，消除邊界反射;亦可用脈衝技術，在測量中滿足等效自由場條件。自由場條件是許多聲學測量項目的必要條件。
聲場
存在聲壓的空間。有時也指聲壓的空間分布與時間變化。根據聲的波動理論，己知聲場和介質特性，即可求出質點的振動速度、聲強等物理量。自由聲場 (簡稱“自由場”)是指無限大介質或不存在界面反射的有限介質中的聲場。為便於描述各種特定情況下的聲場，採用相應的與聲場有關的術語，例如近場、遠場、散射場、噪聲場等。
