縱波 (一)

縱波(Longitudinal Wave) (一)
國立彰化師範大學物理系楊孟欣碩士生/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

縱波為波振動的方向平行波傳播的方向，力學縱波又稱為壓縮波或疏密波。

非電磁波 非電磁縱波的範例，包括聲波（壓力、粒子位移、或粒子於彈性材料內傳波速度的交錯變換）及地震 $$P$$ 波（由地震和爆炸產生）。

聲波 諧和聲波的頻率和波長可以方程式 $$y(x,t)=y_0\cos(\omega(t-\frac{x}{c}))$$ 表示，其中 $$y(x,t)$$ 為粒子距離平衡點的位移量，$$x$$ 為波所在位置距離原點的位移，$$t$$ 為經過的時間，$$y_0$$ 為振盪運動的振幅，$$c$$ 為波速，$$\omega$$ 則為角頻率。因此 $$\frac{x}{c}$$ 為波傳播到 $$x$$ 的時間，波的頻率可由關係式 $$f=\frac{\omega}{2\pi}$$ 求得。

聲波的振幅為未受干擾的空氣與波造成的最大壓力之間的差。聲音傳播的速率與介質的種類溫度和介質壓力有關。

壓力波 在彈性介質中，諧和壓力波的振盪形式為 $$y(x,t)=y_0\cos(kx-\omega t+\psi)$$，其中，$$y_0$$ 為位移振幅，$$k$$ 為波數，$$x$$ 為平行傳播方向的距離，$$\omega$$ 為角頻率，$$t$$ 為時間，$$\psi$$ 為相差。

電磁波 Maxwell 方程式指出，電磁波在真空中傳遞，而且傳遞方向與電波磁波均垂直，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，傳遞在電漿空間中的波甚至可以不受磁場的力作用。

在電磁波早期的發展過程中，對於 Helmholtz 定律提出電磁波是縱波的預測，曾有某些爭論，Oliver Heaviside 質疑此理論，並指出沒有任何的證據可以證明電磁波能夠以縱波的形式，存在於真空中。在他努力歸納出 Maxwell 方程式後，他提出電磁波並沒有以縱波的形式在真空中傳播的結論，但是可以確定的是，縱波可以存在於兩種不同物質的介面。

Maxwell 方程指出，縱波可在電漿或波導的環境下出現。這些波基本上不同於真空中的波，例如在 Hertz 的 UHF 實驗中的 Zenneck 波。共振腔的縱模為由被腔體束縛的波以特定形式形成的駐波，縱波在共振腔內由於多次反射產生建設性干涉而使能量增大。

連結：縱波 (二)

資料來源

1. http://en.wikipedia.org/wiki/Longitudinal_wave