波形是呈現靜止的狀態。
駐波的波節在所有時刻的位移皆為 0。波腹是振幅最大的位置,會持續上下運動。某一瞬間整條弦可能都通過平衡位置,但這不代表當時所有點都是波節。
相鄰的波節相隔 λ/2,以及一個波節與其最近的波腹相隔 λ/4。與傳播波不同,其波峰沿介質移動,而駐波則具有固定的波節和波腹位置。在一個波節與波腹之間的一段內,點以相同的相位振動;相鄰的段則以相反的相位振動。
哪些波長只會出現在固定線上?
該具有固定端線的波,必須在兩個端點處作為波節。由於長度 L 包含 n 個半波長,我們有 L = nλₙ/2,且 λₙ = 2L/n。如果波的傳播速度是 v,那麼自然頻率是 fₙ = nv/(2L)。
基本模式 n = 1 只有一個波腹;n = 2 有兩個波腹。對於固定在兩端的弦,模式 n 具有 n 個波腹和 n + 1 個波節,包括端點。不要將這個表示式直接應用於其他邊界條件,例如開放或封閉的管道。
如何理解駐波與共振之間的關係?
驅動一根弦靠近其固有頻率時,該模式的響應會增強。 駐波描述一種空間振動模式;共振描述對驅動的增強響應。這兩個術語並非完全相同。
模擬結果顯示了一個選定的模式的穩態響應。 在實際的弦中,驅動位置會影響哪些模式表現更強,並且多個模式可能會相互重疊。 阻尼會改變響應的幅值,以及共振的銳度。
關鍵關係與符號
L = nλₙ/2 · λₙ = 2L/n · fₙ = nv/(2L), n = 1, 2, 3, …
| 符號 | 含義 | 單位 |
|---|---|---|
| L | 字串長度 | m |
| n | 模式編號 | 正整數 |
| v | 波動傳遞速率 | m/s |
| fₙ | 第 n 個自然頻率 | Hz |
透過範例確認
什麼是 1 米長,波速為 10 米/秒的固定端弦的兩個前沿模式?
基頻為 5 Hz,波長為 2 m。第二模式為 10 Hz、波長 1 m,形成兩個波腹和三個波節。
常見誤解
- 波腹是振幅最大的位置,並非始終位於最高處的點。
- 波節與相鄰波腹的距離為 ¼ 波長,而非半個波長。
