波〈Wave〉的基本性質

波〈Wave〉的基本性質
台中縣常春藤高級中學李品慧教師/國立彰化師範大學物理系洪連輝教授責任編輯

波是一種隨時間在空間中傳播的干擾，通常會轉移能量。電磁波(或許重力波)可不需介質在真空中傳播；力學波則只能在介質中傳播。當波從一點傳播能量至另一點時，通常會有些許或完全沒有粒子產生永久位移，大部分的粒子都是在固定的位置振動。

波可被定義為在一個質點附近反覆振盪的運動，但是一個波的必要且充分的定義至少是彈性，它常被直接解釋為在空間中傳播的擾動，而不是介質在空間中的運動。波的能量在介質中以擾動的形式遠離波源，但這不適用於能量在雙方向移動的駐波，或不需要介質，能在真空中傳播的電磁波。

因此波動理論是物理學獨特的一環，波傳播的特性和波源本身無關，其獨特性在於，當我們在描述某一種波的傳遞時，此波源的獨立性和波源的種類有很大的關係，如：聲學不同於光學在於聲波為機械波，而非伴隨著能量變換的電磁波，因此如質量、動量、慣性或彈性等，這些因素將會影響聲波的傳遞，也說明介質的特性會影響某些波的特質，如空氣中漩渦、輻射壓、衝擊波等；固體中瑞利波、色散等。

至於波的其他性質，雖然通常指的是特定的本質，但也可推廣到所有的波。舉例來說，基於聲學的力學本質，除了無限硬或無限軟的介質之外，介質本身可以隨時間在空間上擾動。如果整個介質被綁得很緊，那他們在傳播上沒有延遲，可視為沒有產生波動（或是有無限快的波動）；從另外一面來看，如果每個部分都是獨立的，將不會傳播，也沒有波動（或是無限慢的波動）。儘管以上的陳述對於不需要介質傳播的波是沒有意義的，它依然說明所有的波無關於波源的特性：一個波中，其空間中鄰近點的相位是不同的，因為振動在不同的時間到達這些點。

相似的，形成波的過程顯示，不同起源的聲波波動現象研究，與對聲音現象的了解同樣具有意義。最明顯的例子就是楊氏干涉原理。，此原理在楊氏光干涉的原理中初次被介紹，而且是在一些具體的上下文中提出(例如，聲音的散射)，它仍是聲學研究領域的一環。

週期性的波通常被分類為縱波和橫波，有波峰(高峰)和波谷(低點)的特徵。橫波的振動方向與波的前進方向亙相垂直，如繩波和電磁波；縱波的振動方向則平行於波的前進方向，如大部分的聲波。

當物體在池塘上下擺動產生漣漪時，會形成一個個軌道的軌跡，因為漣漪不是簡單的橫向正弦波而已，它實際上是橫波和縱波的組合，因此表面的點會遵循著軌道路徑。

所有的波在一些標準情況下都有共同的行為表現如下：

• 反射－波的傳遞方向經碰撞反射面而改變。
• 折射－波的傳遞方向因行經不同介質而改變。
• 繞射－波與路徑上的障礙物交互作用而改變方向，當波長與障礙物的大小數量級差不多時，此現象會變得更為顯著。
• 干涉－兩個波互相疊加。
• 分散－合成波因頻率不同而分裂。
• 直線傳播－光波在一條直線上的運動。

參考資料：

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