二、横波和纵波

    在波动中,如果参与波动的质点的振动方向与波的传播方向相垂直,这种波称为横波;如果参与波动的质点的振动方向与波的传播方向相平行,这种波称为纵波。

图 7-19

    上面所说的凸起(称为波峰)和凹陷(称为波谷)沿绳子的传播,就是横波。纵波的产生和传播可以通过下面的实验来观察。将一根长弹簧水平悬挂起来,在其一端用手压缩或拉伸一下,使其端部沿弹簧的长度方向振动。由于弹簧各部分之间弹性力的作用,端部的振动带动了其相邻部分的振动,而相邻部分又带动它附近部分的振动,因而弹簧各部分将相继振动起来。弹簧上的纵波波形不再像绳子上的横波波形那样表现为绳子的凸起和凹陷,而表现为弹簧圈的稠密和稀疏,如图7-19所示。图中弹簧圈的振动方向与波的传播方向相平行。对于纵波,除了质点的振动方向平行于波的传播方向这一点与横波不同外,其他性质与横波无根本性差异,所以对横波的讨论也适用于纵波,对纵波的讨论当然也适用于横波。

有的波既不是纯粹的纵波,也不是纯粹的横波,如液体的表面波。当波通过液体表面时,该处液体质点的运动是相当复杂的,既有与波的传播方向相垂直的方向上的运动,也有与波的传播方向相平行的方向上的运动。这种运动的复杂性,是由于液面上液体质点受到重力和表面张力共同作用的结果。

    大家曾说,介质的弹性和惯性决定了机械波的产生和传播过程。弹性介质,无论是气体、液体还是固体,其质点都具有惯性。至于弹性,对于流体和固体却有不同的情形。固体的弹性,既表现在当固体发生长变(或体变)时能够产生相应的压应力和张应力,也表现在当固体发生剪切时能够产生相应的剪应力。所以,在固体中,无论质点之间相对疏远或靠近,还是相邻两层介质之间发生相对错动,都能产生相应的弹性力使质点返回其平衡位置。这样,固体既能够形成和传播纵波,也能够形成和传播横波。流体的弹性只表现在当流体发生体变时能够产生相应的压应力和张应力,而当流体发生剪切时却不能产生相应的剪应力。这样,流体只能形成和传播纵波,而不能形成和传播横波。

       
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