行波

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引言

波定義為介質中傳播的擾動，它傳遞能量和動量，而介質本身沒有淨位移。如果能量從一個地方傳播到另一個地方，它就是透過行波傳播的。駐波不像行波那樣傳遞能量。換句話說，行波也可以表示為最小和最大振幅的位置隨介質一起傳播的波。描述行波的方程為 y(x,t) = (0.003) cos(20 x + 200 t )。其中，x 和 y 以米為單位，t 以秒為單位。

什麼是波？

波基本上定義為介質的擾動，它攜帶一定量的能量，而粒子本身並不移動。在波的傳播過程中，只有能量被轉移。行波不轉移物質。波在介質中傳播，當介質反覆向前和向後移動，然後回到其原始位置時，就會產生波。

圖1：縱波與橫波

波的兩大主要型別是縱波和橫波。如果介質中的物質相對於波的運動方向在同一維度上移動，則這種現象稱為縱波 (Salehi *et al.* 2018)。如果介質中的波相對於波的運動方向成直角移動，則這種現象稱為橫波。

行波：解釋

在行波現象中，介質中的擾動逐漸向外遠離其源頭向各個方向傳播。資訊主要以波的形式從一個地方傳播到另一個地方。行波的主要例子包括手機發出的電磁輻射、到達耳朵的聲音以及射入眼睛的光線，這些都是以行波的形式傳播的。行波的直觀例子是石頭落入池塘時在水面形成的波紋。

當跳躍在蹦床上時，在一個點向下產生的推力也會使該點的材料略微向下移動。另一方面，如果擾動向外形成，那麼腳首先接觸蹦床的點將隨著蹦床中的張力 (Gao *et al.* 2017) 向外移動。這種張力也會使蹦床周圍的粒子或區域向外移動。蹦床上產生的上下擾動運動形成行波的形狀。

行波的型別

有幾種行波具有如下所述的不同特性。

• 連續波：這類波的波形具有恆定的頻率和振幅。

• 橫波：在此，粒子運動垂直於行波的傳播方向 (Ding *et al.* 2017)。

• 脈衝波：這類波只有一個波峰和一個擾動沿傳輸介質傳播。

• 縱波：在此，粒子運動方向與行波的傳播方向相同。

相消干涉波和相長干涉波

在行波的背景下，可以這樣說，這是兩種波疊加並形成振幅更大、相等或更小的合成波的現象，這被稱為波的干涉。波干涉的兩大主要型別是相長干涉和相消干涉。

相長干涉：這種波干涉主要發生在波峰或波谷相互疊加的時候。簡單來說，當兩列波同相位時，它們將發生相長干涉。

圖2：波的干涉

相消干涉：這種波干涉發生在兩列波完全反相時，在這種情況下，波峰將位於兩列波的中點。當兩列波反相π弧度或180°時，它們將發生相消干涉，相互抵消。

結論

行波的最高點稱為波峰，最低點稱為波谷。兩個相鄰波谷和兩個相鄰波峰之間的距離稱為波長，用ƛ表示。在行波中，介質中擾動從其中心點到波谷底部或波峰頂部的最大距離稱為振幅。一完整振動所經過的時間稱為週期，行波在1秒內經歷的振動次數稱為頻率。行波的速度可以寫成 V= ƛ f。

常見問題

Q1. 脈衝波是什麼意思？

A1. 僅包含一個擾動的行波稱為脈衝波。這些波也包含一個沿傳輸介質傳播的波峰。

Q2. 什麼是縱波？

A2. 人在蹦床上跳躍時發生的擾動也被稱為行波的形式。在縱波的情況下，粒子的運動方向與行波的傳播方向相同。

Q3. 行波是如何產生的？

A3. 行波也被認為是具有恆定速度的一維空間週期函式的波列。這種波列是一種時空振盪，它是時間和空間的週期函式。

Q4. 行波在電力系統中的作用是什麼？

A4. 在輸電線上，行波是在暫態條件下從源端到負載端傳播的電流或電壓波。當忽略線路損耗時，波在此處以等於光速的速度沿線路傳播。