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此式表明,沿着波线方向经过一个波长,振动的相位落后2π.
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图7-56所示的波沿着x轴正方向传播,称为右行波.如果波沿着x轴负方向传播,(7.76)和(7.78)式应修改为
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这样的波称为左行波.
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前已指出,波长λ是空间周期,可与类比,ω已称为时间方面的角频率,那么引入
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k可称为沿着传播方向的“空间角频率”.另一方面k也可解读为空间传播方向线上每个2π长度内包含的波长,因此改称k为波数.
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假设在Oxyz坐标空间中,平面简谐波沿着图7-57的x′轴方向传播,那么在与x′轴垂直的平面上各点P的振动量ξ相同.将P点在Oxyz坐标空间中的位置矢量记为r,那么P点的x′坐标应为x′=r·i′=i′·r,其中i′是x′轴的方向矢量.P点的振动量可表述为
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图 7-57
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将波数k矢量化为
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称k为波矢,则有
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上面讨论的是平面简谐波,在传播过程中振幅A保持不变,这是假设了平面波在传播过程中振动总能量守恒的结果.
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对于球面简谐波,以球心为坐标原点,设置径向朝外的r坐标,振动量ξ是r,t的函数.仍设波在传播过程中振动总能量守恒,考虑到振动能量密度与振幅平方成正比,球面面积与球半径r2成正比,因此球面波在沿r轴传播过程中,振幅将随r反比例地减小.与(7.78)式相应,球面简谐波振动量的时空分布可表述为
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如果是真实的点波源,那么为在有限的r处出现可观察到的球面波,要求r→0的波源处,振幅Ar→∞,这是不可能的.机械波中的点波源都是真实体波源的一种模型,为避免追究波源的振幅值,故在Ar的表述式中引入某个r0处的振幅A0作为Ar随r变化的标志量.
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例24 一平面机械简谐波在某时刻的波形曲线如图7-58所示,图中给出了P点的振动速度方向,试在图中画出Q点的振动方向及经四分之一周期时的波形曲线.
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