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质量线密度为常量λ的细弦沿x放置,因受扰动,各处有横向位移ξ(x,t).取x到x+dx小段.参照图7-80,设ξ较小,图中的方位角θ是小量.再设弦中张力T处处相同,dx小段的纵向合力为零,没有纵向振动,也就没有纵波成分.横向方面,有
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图 7-80
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得横波波动方程:
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三、空气中的声波
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空气中各部位之间只有挤压力,可以压缩,没有切向力,在空气中传播的声波是纵波.空气中的分子沿着波的传播方向振动,使得空气的密度和压强也随着时间变化,因此空气中的声波也可看作是密度波或者压强波.沿着某波线设置x轴,声波传播过程中,x处的空气截面会在它的基准位置(无声波时的位置)两侧振动,声波也可用该振动量ξ随x,t的变化来描述.
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讨论沿x轴方向在截面积为S的空气柱中传播的声波.如图7-81所示,取x到x+dx小段,处在原位时,小段体积V=Sdx,压强设为p.t时刻x侧面有位移ξ(x,t),x+dx侧面有位移ξ(x+dx,t),压强变为p+dp,体积增为
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图 7-81
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则有
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对于振动频率高于10Hz的声波,体积V的变化迅速,过程中气体间的热传导可略,即为绝热过程.将空气处理成理想气体,由热学理论可知绝热过程中变化的p,V间有下述关联:
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pVγ=常量,
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式中γ是由气体结构性质确定的常数,称为绝热指数.上式两边取微分,可得
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则
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如图7-82所示,在此空气柱中再取x到x+∆x小段,其中∆x仍是小量.无声波时,x侧面和x+∆x侧面处的压强同为p0,有声波时压强分别为
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