知道為什麼波會前進嗎?——彎彎的經典物理實驗

昨天開始的關於波動認知,今天我們前進的也不多,因為波動看起來簡單,其實真正的要理解卻是要花一些時間的。彎彎目前真正需要理解的就是,從最簡單的,可以直接觀察到的繩波開始,這裡有一個公式用來描述波速的:在繩中,波速的平方與張力和單位長度質量之比值直接相關。

我們用跳繩實驗了駐波,在不同的張力下,感受了波速的變化,這些現像都非常直觀的可以看得見。她拿出隨車帶來的一把小琴,是謝卓平送她的尤克里裡。


知道為什麼波會前進嗎?——彎彎的經典物理實驗

來個正面擺拍,這個琴可以非常好的演示基波(最簡單的駐波,就是半波長的一次諧波。)當琴絃的張力調整到合適的時候,剛好可以在端點之間的長度產生一個最大的波腹,也就是二分之一個週期的波。

知道為什麼波會前進嗎?——彎彎的經典物理實驗

要直接從琴絃去理解,不容易講清晰,我試著從繩子講起吧。像這樣的一條繩子,一頭固定,輕拉繩,給繩子一個張力(施一縱向的拉力就可以實現),然後,上下抖動繩子,就可以產生下面樣子的波。

知道為什麼波會前進嗎?——彎彎的經典物理實驗

知道為什麼波會前進嗎?——彎彎的經典物理實驗

它是怎麼樣向前傳輸的呢,我是這樣子和彎彎一起想像的:

我們想像這條繩子,是由一些固定大小和質量的一系列金屬小球組成,這些小球之間都由輕質彈簧連接。

當接起第一個小球的時候,第一和第二個小球之間的彈簧被拉伸,從而產生一個帶動第二個小球的向上的分量的力,第二個小球開始加速上升,於是波就開始向前延伸,當第四個小球剛要動的時候,第一個小球被拉到了最高點,這時第二個小球具有一個向上的速度,還沒有達到最高點,當第一個小球向下的時候,第一第二小球間的彈簧不再產生一個向上的力,而是產生一個向下的力,這時第二個小球開始減速,當達到最高點之後,也開始下降,然後,第三,第四……,這些小球依次達到最高點,第一個波峰就這樣向前前進;後面的波連續的形成,從而形成了上面圖形中的波的樣子,在這個圖裡,每一個小球的受力分析都標註出來。

寫到這裡吧,希望對喜歡的孩子有一些幫助。

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