縱波（Longitudinal Wave）

縱波（Longitudinal Wave）
台中縣常春藤高級中學李品慧老師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

縱波為波振動方向延著或平行於波的行進方向，即介質的振動方向與波的行進方向相同，力學上的縱波也可稱為壓縮波。

非電磁波非電磁波縱波的例子有聲波（壓力的傳遞、粒子位移、彈性物質中粒子速度的傳遞）以及地震波中的P波（由地震或爆炸引起）。

聲波我們可用以下的方程式來描述縱向聲波的頻率及波長：
y(x, t) = y₀sin(ω( t – x / c))
其中 1. y(x,t)為質點距離平衡點的位移。 2. x為質點距離原點的位移。 3. t為經過的時間。 4. y₀為振盪的振幅。 5. c為波速。 6. ω為角頻率。

量值 x/c為波行進x所經過的時間，波的頻率f 可用f = ω / 2Π來計算，單位為赫茲Hz。 聲波的傳播速度與溫度、壓力、介質有關。

壓力波 彈性物質振盪的壓力波可用以下方程式來表示：
y(x, t) = y₀cos( kx – ωt + φ)
其中， 1. y₀為位移振幅。 2. k為波數。 3. x為波行進的距離。 4.ω為角頻率。 5. t為時間。 6. φ為相差介質的體彈性規模提供使物質回到原點的力。

電磁波馬克士威方程式指出，電磁波可在真空中傳遞，而且傳遞方向與電場、磁場均垂直，在充滿電漿的空間裡，電磁波可以縱向、橫向或兩者疊加的方式傳播，而在電漿空間中的波甚至可以不受磁場的力作用。電磁學發展的早期曾有些爭議，Helmholtz預測了縱波的理論，Oliver Heaviside認為沒有任何證據說明，電磁波可以縱波的形式存在於真空中，Oliver Heaviside推論馬克士威方程式產生這樣的結論，在自由空間和均質媒介中電磁波不可以縱波傳遞，然而卻可存在於不同介質的界面(如地球的大氣層中或 地球表面)。 馬克士威方程式的確可導出，縱波可在某些情況下如電漿或波導出現，但不同於自由空間中的波，如赫茲在UHF實驗中的Zenneck波。共振腔的縱模為一種被限制在腔體中而產生的特定駐波，其在共振腔內由於多次反射產生建設性干涉而使能量增大。

參考資料：
Longitudinal wave. http://en.wikipedia.org/wiki/Longitudinal_wave