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横波传播方向和质点振动方向

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机械横渡的传播方向和质点振动方向的判断方法有多种,现介绍几种易记,且迅速、准确的判断。

(配图)

1. 追逐法

在波的传播过程中,后面质点的振动是在前面质点的带动下发生的,后一个质点总是重复前一个质点的振动,即后一个质点总是追逐前一个质点。

据此,我们只要知道了波的传播方向,就能判断出各质点的振动方向;

反过来,如果已知某质点的振动方向,就能判断波的传播方向.我们把这种判断方法叫“追逐法”。

【例题】图1所示为一机械横波某一时刻的波形图象,已知A质点此时振动方向向上:

(1)判断这列波的传播方向;

(2)判断质点 B、C、D的振动方向;

解析:

(1)由于此时刻质点A向上振动,即向位移增大的方向运动,质点A右侧相邻的质点A′的位移大于此时刻质点A的位移,质点A是追逐质点A′的运动,所以这列波是向左传播的,如图2所示。


(2)因为这列波向左传播,质点B、C、D必定都追逐其右侧相邻质点的运动,分别找出质点B、C、D右侧相邻的质点B′、C′、D′,如图2所示。

由图知此时刻质点B′的位移小于质点B的位移,所以此时刻质点B向位移变小的方向振动,即向下振动。同理可判断,此时刻质点C向下振动,质点D向上振动。

2. 同侧法

图3为某一时刻一列向右传播的横波的波形,质点A和B之间的各个质点为追逐左面的质点都向下振动,质点B和C之间的各个质点为追逐它们左侧相邻质点都向上振动。

如果我们在波形图上的各个质点上,沿竖直方向用箭头标出各质点的振动方向,在水平方向用箭头标出波的传播方向,可以看出这两种箭头总是位于波形图线的同侧。

利用这一规律可以迅速判断出波的传播方向和质点的振动方向,我们把这种判断方法称“同侧法”。

在前述例题中,表示质点A振方向向上的箭头在A处波形图线的左侧,根据同侧法可知,表示波的传播方向的箭头也必在波形图线左侧,即这列波向左传播,然后在质点B处画出指向左方的箭头表示波的传播方向,这个箭头在波形图线的左侧,根据同侧法,表示质点B振动方向的箭头应向下,即质点B此时刻振动方向向下,同理可判断质点C、D此时刻的振动方向如图4所示。

3. 反传法

图5甲为某一时刻一列向右传播的横波,图5乙为某一时刻向左传播的横波,各质点的振动方向如图所示,其中波峰和波谷处箭头方向表示该质点振动趋势方向(即下一时刻的振动方向),由图可以看出,波峰质点振动趋势方向总沿y轴负方向,波谷质点振动趋势方向总沿y轴正方向,而且以波峰或波谷质点为界,两侧质点的振动方向总相反。

若波向右传播,波峰(或波谷)左侧的质点振动方向一定跟波峰(或波谷)质点的振动趋势方向相同;若波向左传播,波峰(或波谷)右侧的质点振动方向一定与波峰(或波谷)质点的振动趋势方向相同。

反过来,若波峰(或波谷)左侧质点的振动方向与波峰(或波谷)质点的振动趋势方向相同,这列波一定向右传播;

若波峰(或波谷)右侧质点的振动方向与波峰(或波谷)质点的振动趋势方向相同,这列波一定向左传播.由此就可快捷准确地判断波的传播方向或质点的振动方向.我们把这种判断方法称“反传法”。

在前述例题中,质点A向上振动,是波谷右侧的质点与波谷质点振动趋势方向相同,由反传法知这列波向左传播。

对于这列向左传播的波,波峰右侧的质点B、C应与波峰质点的振动趋势方向相同,即质点B、C都向下振动。

波谷右侧的质点D与波谷质点的振动趋势方向相同,故质点D向上振动,如图6所示。

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