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波的动能和势能
16.8
波所携带的能量包含两个部分,即动能和势能。
在弦上形成的正弦波中,考虑一个质量为 Δm 的微元。如果该弦具有恒定的线密度,则每个微元的质量等于 密度乘以弦的长度。
利用线密度关系,可以计算每个质量单元的动能。
由于该波是正弦波,因此每个质量单元的位置可以用波函数来描述。
然后代入波函数速度 在动能表达式中,对该方程在波长范围内进行积分,可得到波的动能。
通过考虑弦的恢复力,可以计算在简谐运动中振荡的每个质量单元的势能。
将弹簧常数替换为角频率的表达式,并对波长进行积分,即可得到波的势能。
所有形式的波都携带能量;这在自然界中是直接可视化的。 例如,地震波非常强烈,可以震动巨大的混凝土建筑物,导致它们倒塌。 响亮的声音会损害内耳的神经细胞,导致永久性听力损失。 海浪会侵蚀海滩。
在机械波中,能量的大小与其振幅和频率有关。 在上述例子中,大幅度的地震会产生较大的地面位移。 响亮的声音具有…