Mixing
波
「波」重定向至此。關於与此名称相似的其他条目，詳見「波 (消歧义)」。
水面波
波或波动是扰动或物理信息在空间上传播的一种物理現象，扰动的形式任意，傳遞路徑上的其他介質也作同一形式振動。波的传播速度总是有限的。除了电磁波、引力波（又稱「重力波」）能够在真空中传播外，大部分波如机械波只能在介质中传播。波速與介質的彈性與慣性有關，但與波源的性質無關。
目录
1 数学描述
1.1 行進波
1.2 一维简谐波
1.3 駐波
2 影響波速的因素
3 特征参量
4 能量
5 类型
6 传播
7 量子
8 参见
9 參考文獻
10 外部連結
数学描述
在数学上，任何一个沿某一方向运动的函数形状都可以认为是一个波。考虑一种最简单的情况：二维平面波，波的形状可以用xy{displaystyle xy}
如果这个曲线沿着x{displaystyle x}
如果沿x轴以ω的速度向左运动，则为：y=f(x+ωt){displaystyle y=f(x+omega t)}
以上两个方程都满足如下形式的微分方程：
- ∂2f∂t2=c2∂2f∂x2{displaystyle {frac {partial ^{2}f}{partial t^{2}}}=c^{2}{frac {partial ^{2}f}{partial x^{2}}}}
这里c通常是一个固定常数，代表波的传播速率。这个方程称为一维波动方程。
它的通解可以表示为：
- y(x,t)=f(x+ωt)+g(x−ωt){displaystyle y(x,t)=f(x+omega t)+g(x-omega t)}
它表示一个向左传播的波和一个向右传播的波的叠加。
行進波
行進波，又稱為前進波，是一種在空間與時間裏的擾動，可以表達為
y(z,t)=A(z, t)sin(kz−ωt+ϕ){displaystyle y(z,t)=A(z, t)sin(kz-omega t+phi ),!}；
其中，A(z, t){displaystyle A(z, t),!}
波的相速度vp{displaystyle v_{p},!}
vp=ωk=λf{displaystyle v_{p}={frac {omega }{k}}=lambda f,!}；
其中，λ{displaystyle lambda ,!}
一维简谐波
波可視為簡諧運動。
一种最基本、最常见的波是简谐波。它可以表示为：
- f=Aei(kx−ωt){displaystyle f=Ae^{i(kx-omega t)},}
其中k{displaystyle k}
波数倚赖于波长λ{displaystyle lambda }
波速v=ωk{displaystyle v={frac {omega }{k}}}
駐波
參見駐波
影響波速的因素
1.傳播的介質種類
在固體中的波速最高，液體次之，氣體最小（例如聲音）。溫度越高，空氣分子運動的速率越快，傳遞波的速度亦愈快。在同一介質中，波的速率與頻率無關。
2.溫度的高低
溫度越高，空氣分子運動的速率越快，所以傳遞波的速度亦越快。在一大氣壓下，0℃時空氣中的聲速為331公尺/秒，溫度每升降1℃，聲速約增减0.6公尺/秒。
特征参量
任何一种波都可以用如下的参量进行描述：
- 色散关系，即波的频率ω与波矢量k之间的关系：ω=ω(k){displaystyle omega =omega ({boldsymbol {k}})}
。其中，波矢量的方向是垂直于波阵面的，其数值等于波数，即k=2π/λ。
- 波的相速度vp=ω/k{displaystyle v_{p}=omega /k}
与群速度vg=dω/dk{displaystyle {boldsymbol {v}}_{g}=mathrm {d} omega /mathrm {d} {boldsymbol {k}}}
。相速度的方向与波矢量k的方向平行，而群速度表示波内能量转移的大小和方向。
- 波的衰减率γ
- 波的偏振。可以是无偏振、线偏振、椭圆偏振或者是圆偏振。
能量
E{displaystyle E}
E{displaystyle E}
E=hν{displaystyle E=hnu }
E{displaystyle E}
类型
波根據振動源的次數可以分為
脈波：脈波的波源只對介質作一短暫的擾動。波通過介質時，介質中的質點在短暫振動後，隨即靜止於原位置。
週期波：週期波的波源對介質作連續有規律的振動。
波在均勻、無向性的介質中傳遞時，依介質的振動方向分可以分為
縱波：縱波的特點是介質的振動方向與傳播方向相同，比如空氣中的聲波、地震波中的P波。
橫波：橫波的特點是介質的振動方向與傳播方向垂直。如：電磁波、地震波中的S波。
如果在非均質介質中傳遞時，介質振動的行為就不是只有橫向與縱向兩種，亦存在像表面波、海浪這種類型的振動。譬如：雷利波其振動方式為橢圓形。
依波動傳遞需要介質來劃分，波可以分為
力學波（機械波）：如聲波、水波等
非力學波（非機械波）：如電磁波、重力波等
物質波則是在近代物理中敘述物質具有粒子與波動的二元性（波粒二象性），近一步的探討則認為物質波是物質在空間中分布的機率，如電子的軌域。
传播
有些波的传播需要介质，比如声波等机械波。有些则不需要介质，在真空中也能传播。如电磁波。
波在介質中傳播時，介質的質點並未隨波前進，而是在原處附近運動。
波的行進速度v為其頻率f和波長λ的乘積，即波長λ和週期T的比值：v=fλ=λT{displaystyle v=flambda ={frac {lambda }{T}}}
波在繩子上傳播時，波的行進速度v（SI單位m/s）與繩子所受的張力F（單位N）及繩子的線密度μ（單位kg/m）有關：v=Fμ{displaystyle v={sqrt {F over mu }}}
量子
每种波有相应的量子：
- 电磁波──光子
- 引力波──引力子
参见
- 振幅
- 波形
波峰、波谷
波長：通常以λ表示。
週期：通常以T表示。
頻率：通常以f表示。- 相速度
- 群速度
- 四維頻率
- 干涉
- 波列
- 波包
參考文獻
外部連結
- 橫行波Java模擬
- 縱行波Java模擬
- 弦線上駐波Java模擬
- 水波的干涉Java模擬
- 水波的繞射Java模擬
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