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驻波

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驻波或驻波,也似乎不会传播的波,在振动最为明显。例如,当拨弦紧绷的弦,引起的海啸出现震动向上和向下,与没有线性运动。这些实际上都是由相同的频率和振幅的方向相反,随行的两个波的干扰产生的。

这个振荡周期频率是简谐运动的一个例子。运动发生的原因的字符串具有初始位移成正比的恢复力。此恢复力与位移之间的关系给出了由虎克定律 — — 在另一个朱庇特科学教育视频.中详细解释这基本上意味着越东西拉,这副样子吊索拍,它越推回。

在这个视频中,我们将创建使用紧身的驻波和探索背后简谐运动和其应用程序的物理原理。

我们开始示范实验室之前,让我们了解多一点关于的驻波和简谐运动。波由它的波长 λ — — 两个波峰,其频率、 f — — 在单位时间内的波峰出现次数之间的距离,振幅是从波峰到波谷的距离。当两个波到达同一点在一条道路,同时,它们会干扰。由此产生的波的幅值的两波振幅之和。

波的振幅在相位,并添加时发生相长干涉。破坏性干扰波的位相,且幅值减去时发生。

举例来说,在一个有限的字符串上的脉冲。理想情况下,当旅行脉冲满足边界,它被反映。现在让我们发送字符串下, 一波,让它为延长的时间内来来回回反映。此操作将创建一个固定的模式或驻波。

点的最小幅度,称为节点,是海浪有相反的阶段和相互抵消的地方。最大振幅或波节,点是的点在哪里波具有相同的阶段和其振幅相结合。最简单的驻波发生时波长是字符串的长度的两倍。

下一个可能的驻波在中心,都有一个节点和波长等于字符串的长度。如果我们继续添加节点,我们创建波更短和更短的波长。这些模式被称为谐波,哪里的波节,由字母 n 表示数给出了波的第 n 个谐波。所以如果这波具有四个波节,波是第四次的谐波。

基于波长和各次谐波的字符串的长度之间的关系,我们可以推导出有关这三个术语公式和说的第 n 个谐波的驻波,λ 等于两倍除以 n 的字符串的长度。

由于 2 L 是一次谐波波长,波长的各次谐波是 Λ1 除以 n。现在,我们知道,Λ 和f有逆关系。因此,我们可以推断出各次谐波的频率将会第一次的谐波,第 n 多或频率向第一谐波的频率比收益率n。请注意,第一谐波也被称为是该字符串的基本频率。

既然我们已经讨论了简单谐波的基本知识,让我们看看如何使用一个,紧身,驻波和如何衡量驻波的频率。

首先,横跨紧身或钢弹簧纵长地板与持有每一端的一个人。使用磁带标记两个纵向的障碍,每个从中间的紧身,两边各一英尺左右。

同时,添加是从中间的紧身两边的两只脚的纵向壁垒。

轮流发射脉冲波的抽搐紧身小水平,距离,然后立即抢购它回到起始点。确保振幅保持内明显障碍。

接下来,同时推出相同脉冲与相同的极性,并观察脉冲见面时,会发生什么。叠加的波应双振幅、 跨越的第一次的录音的障碍和打第二个录音的壁垒。

现在,同时推出相同的脉冲的极性相反。由于他们叠加,并继续旅行脉冲应该互相抵消。从来没有达到应有的障碍。

最后,通过紧紧地位置在修复一端。发送单个脉冲到固定的位置,并观察波振幅,因为它反映。它将反映回来的极性相反。

现在让我们看看如何衡量驻波的频率。再次,穿过房间弹力紧身和测量拉伸的长度。

一端固定,开始轻轻的水平滑动,另一端,直到你找到的第一次的谐波。为此谐波,应该只有一个波峰与来回移动的一幅。

使用秒表来记录每个波周期的时间。一个完整的周期开始时,另一边波节形式幻灯片通过中心形成波节的另一边,然后返回到原来的位置。

现在,增加的速度滑动直到你到达下一个谐波。第二次的谐波,应该两个波峰两侧运动方向相反。衡量一个波浪周期的时间。

对三次谐波重复这些步骤。

现在,我们已经讨论过的实验,让我们学习如何分析数据收集,以获得不同的谐波频率。还记得,波长等于两倍的紧身除以 n 的长度。因此,第二次的谐波,波长是紧身的或 8 米的长度。

频率被指每单位时间的周期数。因此,频率可以为每个谐波计算的周期数除以总时间。很明显,随着 n 的增加,波的频率也会增加。

以及试验过程中,这是引人注目的。现在我们来验证一下频率与 n 之间的关系。如果我们把每个谐波频率与基频,然后我们获得这些值。这些值表明二次谐波大约是基频频率的两倍和三次谐波是三次的基本频率。在一起,这些结果验证谐波计算公式。

驻波可以发现在许多科学和自然真实的例子。

弦拨的吉他是驻波的一个简单例子。弹拨乐器发出特定的声音频率取决于字符串长度和如何绷紧或致密的字符串是。

每个字符串只做某些笔记,因为只有某些驻波都能够形成对该字符串。这些驻波是所有整数倍数的字符串的基本频率。这位音乐家可以缩短该字符串的长度,创建一套新的谐波。

Acoustophoresis,这意味着迁移与声音,是一种技术在生物医学工程用驻波来取代粒子微尺度通道内的流动液体。这通常是微流控装置,具有微米尺度流体通道中执行的。

当内的通道,到控制流集中的粒子,形成了与特定频率的驻波。使用此方法,研究者可以迅速集中或独立的微观实体。

你刚看了驻波和简谐运动的朱庇特的简介。你现在应该了解的驻波特性和他们所在的地方呈现在应用程序中每一天。谢谢观赏 !

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