描述波的物理量

2.2.2　描述波的物理量

波是由振动引起的，因此，描述振动的物理量也用来描述波。其中有:振幅、角频率、频率、周期、相位。为了描述波动，还要再加上波长和波速。

1.振幅A

振幅是媒质质元振动时离开平衡位置的最大位移，反映振动及波动的强弱程度。振幅恒

取正值，单位为m(米)。

2.角频率ω、频率ν与周期T

角频率也称圆频率，表征振动的快慢程度及周期性。在讨论振动问题所采用的几何方法——旋转矢量法中，角频率作为振幅矢量旋转的角速度。角频率是频率的2π倍。频率是媒质质元单位时间完成振动的次数，也表示单位时间波动传播的波长数。周期是媒质质元完成一次完整的振动所需的时间，也表示波动传播一个波长所需的时间。也就是说，媒质质元的振动频率与周期和波动的频率与周期是相同的。周期等于频率的倒数。角频率、频率与周期三者的关系为

角频率与频率的单位为s^－1(秒^－1)或Hz(赫兹)。周期的单位为s(秒)。

3.相位

相位是描述振动物体所处运动状态的物理量。振动相位用(ωt+φ)表示，其中φ是t=0时的相位，称为初相位。描述波动的相位时，还需加入坐标参量。相位的单位为rad(弧度)。

4.波长λ

波长是波线上振动状态完全相同的相邻两点(或相位之差为2π的两点)之间的距离。波长的单位是m(米)。波长反映了波在空间上的周期性。

5.波速u

波速是某一振动状态(相位)在单位时间内所传播的距离。因为在一个周期内，波传播一个波长的距离，所以，波速与波长和周期(频率)的关系为波速的单位是m/s(米每秒)。

在各向同性媒质中，波的周期和频率取决于波源，与媒质无关;而波速取决于媒质的性质，与波源无关。固体中既能传播横波，也能传播纵波，波速分别为

式中:ρ为媒质的密度;G为媒质的切变弹性模量;Y为媒质的杨氏弹性模量。液体和气体中只能传播纵波，波速为

式中B为媒质的容变(或体变)弹性模量。有关媒质中波速问题的进一步讨论可参看相关书籍。

这里有两个问题提醒注意:一是由于周期和频率与媒质无关，而波速与媒质有关，根据(2.2-2)式，可知波长与波源和媒质的性质均有关，同一频率的波在不同媒质中传播时，其波长将随媒质的不同而不同。二是注意区分波速与媒质质元的振动速度，波速是波的相位传播的速度(也称相速度)，是定值;媒质质元的振动速度是其相对平衡位置的运动速度，是变量。二者截然不同。