波定义

波是一种在介质中传播的能量扰动，不包含净粒子运动。弹性形变、压力变化、电场或磁场强度、电势或温度变化是一些例子。

波有一些基本特征。两个连续相同的波分量之间的距离称为波长。偏离平衡位置的最大值称为振幅。这是波能量的一个例子。振幅越大，携带的能量越多。介质中特定点随波传播而移动的位置称为位移。最大位移就是波的振幅。

周期（T）是一个波长通过某个位置所需的时间，频率是每秒重复的次数，单位是赫兹（Hz）。特定波部分通过某个位置的速度称为波速（v）。光波以速度 c 传播。

不同类型的波

1. 横波：横波是介质运动方向垂直于波传播方向的波。

横波示例：海浪（重力波的涟漪，而不是水中的声波）、光波、S波地震波、弦乐器、海啸。

波峰是横波的最高点。波谷是最低点。

2. 纵波：纵波是介质粒子沿与波相同的方向和轴线移动的波。

纵波的一些例子：P型地震波（声波）、压缩波、纵波分量。

当粒子被压缩时，它们靠得很近。

3. 介质波：需要介质才能传播的波。例子包括声波、弹簧波和水波。

4. 物质波：波是指任何运动的物体。当一块石头被投入水中时，水在波经过时会暂时偏离其平衡位置，然后返回其平衡位置。

5. 电磁波：这些波是可以在真空中传播的扰动，不需要任何物理介质来传播。它们是由于不同的电磁力而产生的。电磁波是它们产生的电场和磁场的周期性变化。

波速公式

这是波在特定时间内传播的总距离。波速公式如下：

波速 = 覆盖距离/所用时间

波的特性

以下是波的主要特性：

1. 振幅波是一种传输能量的现象。它与波携带的能量直接相关。波的高度，以米为单位，是其振幅。
2. 波的波长是其波峰在相邻周期中两个相同位置之间的距离。它也以米为单位测量。
3. 波的周期是介质中粒子完成一次完整振动周期所需的时间。周期用时间单位（如秒或分钟）来量化，因为它本身就是时间。
4. 波的频率是指在特定时间内通过某个位置的波的数量。频率的单位是赫兹（Hz），等于每秒一个波。
5. 频率和周期互为倒数。
6. 速度通常表示为行驶距离除以行程时间，指的是物体移动的速度。波速是指波峰上某个点所传播的距离。

波的传播行为

波表现出各种基本现象。波在反射过程中撞击障碍物时会被反射。当波进入速度不同的介质时，它会弯曲，称为折射。衍射波在通过狭缝时会扩散，在绕过小障碍物时会弯曲。当两个波发生碰撞时，它们可能会发生相干叠加，增加新波相对于原始波的振幅，或相消干涉，减小新波的振幅甚至使其变为零。

反射

当波撞击边界并被反射时，入射角和反射角相等。入射角是垂直于反射屏的直线与波的运动方向所形成的夹角。

折射

波传播介质的特性会影响其速度。例如，声音在水中的传播速度远快于在空气中的传播速度。当波以会使其速度变慢的角度进入介质时，它会向垂直方向弯曲。当波以会增强其速度的角度进入介质时，则发生相反的效果。对于光，可以用折射定律来描述这种变化。

衍射

波可以在障碍物周围弯曲，或通过比波长小得多的开口，然后继续沿其路径传播和扩散。这种弯曲或扩散称为衍射。

干扰

来自两个或多个扰动中心的波可以在不同方向上相互增强或抵消。这种现象称为波的干涉。很容易想象这种情况如何发生。以两个同相的波源为例，它们产生相同波长的波；在它们的波源处，波的波峰在同一时刻发生。当它们到达离两个波源都远的点 P 时，波峰会相互加强。波谷也同时出现并加深。即使到达点 P 的距离不相等，但相差一个或多个完整波长，也会发生同样的情况。但是，如果距离相差半个波长或奇数个半个波长，则会降低所得波的强度，导致一个波的波峰与另一个波的波谷重合。当两个强度相同的波时，它们会完全抵消。在两个波传播距离不同的方向上，可能会发生中间情况，波倾向于相互加强或抵消。

多普勒效应

当波源相对于观察者移动时，观察者会检测到波的频率发生变化。这种变化以其发现者、奥地利物理学家克里斯蒂安·多普勒的名字命名为多普勒效应。

我们来考虑一个以速度 v 发射频率为 v 的波（例如光或声）的波源，该波源正远离观察者。计算表明，观察者将以 v(1-v/c) 的频率接收到光波，其中 c 是波的速度。与观察者静止时相比，光波到达观察者的时间间隔会更长。观察者会感知到波的频率比波源静止时略低。如果波源靠近，频率会增加。观察者会感知到波的频率比波源静止时略低。如果波源靠近，频率会增加。

驻波

当波被限制在一个小区域内时，波会发生反射和干涉。以一个长度为 l 的管子为例。管子中的任何扰动都会从两端反射，产生一系列通常向两个方向传播的波。根据情况的几何形状和声速的有限常数值，它们必须是周期性波，其频率由管子末端的边界条件决定。管子中允许的波频率为 v = nv/2l，其中 n 是任何整数，v 是管子中的声速，允许的频率满足 sin kl = 0。这些谐波频率可以在管子内部发生，同时仍然满足末端的边界条件。这些是特征频率或规则的空气柱振动模式。在管子中可能发生的、仍能满足末端边界条件的最高频率是基本频率（n = 1）的 v = v/2l。这些是特征频率或规则的空气柱振动模式。v = v/2l 是基本频率（n = 1）。