水波属于什么波?
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发布时间：2022-04-23 09:45
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时间：2023-07-04 22:36
高忠明（06级博士生）：“横波一般只能在固体中传播，不能在液体和气体中传播；而纵波既可以在固体中传播也可在液体和气体中传播。水是液体，由于表面张力，故也可以传播横波。水波（表面波）是比较复杂的机械波，其中既有横波，又有纵波，在中学物理中通常把水波视为横波，这是将水波简化了的缘故。横波是由于拉伸而产生的，而纵波是由于挤压而产生的。那么水面上为什么可以传播横波呢?这就是由于水表面张力的缘故，由于有表面张力，因此在振动幅度不太大的情况下，水面也可承受微小拉伸，从而会产生横波；同时振动在水面传播的过程中也会有挤压，于是也就能形成纵波。由此可见，严格地说水波应该是横波和纵波的复合波。余丽君（04级硕士生）：书上的答案是：纵向横向振动混合而成的混合波。高忠明（06级博士生）：可以合成，这里指的是水面上的波，不涉及水面下的波，相当于互相垂直方向上的两个波的合成。杜明荣（05级博士生）：水面波和深水波是由于圆、椭圆形态的不同而形成的，多数情况下是混合而成的。潜水为横波，深水为纵波。但是在中学教学中不要搞得太复杂，这些问题提出来学生很容易混淆，不提为好。又查了一遍书，觉得表面波既不能说成是横波，也不能说成是纵波。水面波传播时，水的微团沿圆或椭圆轨道运动，随着每个水微团的运动，位置矢量绕平衡位置旋转，但沿波传播方向相继落后一定角度。水面波是由于水面表面张力和重力作用的结果，并非弹性波。我们都从它的机制中说明水波不是横波，但不是横波的波就一定是纵波么？我想横波和纵波的分类本身就有局限性。并不是所有的波都在这个分类范围内。上面提到，水的微团是做圆或椭圆运动，那么这个运动可以分解为两个简谐运动，一个垂直波的传播方向，一个沿波的传播方向。因而，更确切的说，水波既含有横波的成分，也含有纵波的成分。如果非要给它分个类，那只能是既不是横波，也不是纵波，或者二者的混和波。说“液体或气体内不可能发生剪切运动”也是不对的。液体或气体中完全可以发生剪切运动，而且这个剪切运动可以一直持续下去——这就是流动。横波不能在液体和气体中传播的真实原因是：液体和气体中的剪切运动不具有弹性性质——也就是说液体和气体的剪切变形的大小与剪切力的大小无关，而且当剪切力撤除后不能恢复到原来的形状、位置。弹性岩石与空气有所不同，空气可受压缩但不能剪切，而弹性物质通过使物体剪切和扭动，可以允许第二类波传播。地震产生这种第二个到达的波叫S波，即横波。因为液体或气体内不可能发生剪切运动，S波不能在它们中传播.又一说法是：水波可分为深水波和浅水波,波长少於水深十倍的称为深水波. 日常所见的大部分都是深水波. 波长较长的水波运行比较快,深水波这种奇怪的行径正是解释为何艇或船的尾流的.若水波的波长比水深大十倍,它们便称为浅水波. 在同一水深下,全部浅水波都是以一个不受波长影响而又相同的波速运行. 当水深改变时,浅水波於深水运行得比较快,这正是解释为何当水波靠岸时出现破浪.海啸大自然中最使人恐惧的水波是震波 (或称海啸),它们是由地震或火山活动所形成的巨形水波,其波长非常长. 一九九四年十一月十五日民多罗的地震波便被网站列为*,这水波至少有六米高. 在此事件中,至少有四十一人被溺死,一千五百三十所房屋遭损毁. 这水波的周期能被准确地量度 (约二十分钟),由此,我们便可估计它在太平洋中的波长. 太平洋的平均水深约四公里, 那麼这地震波的波速便高达每小时七百一十公里,而它的波长则约二百四十公里了. 虽然它们在浅水的地方运行得比较慢,但沿岸的城市仍难以逃离它们的威胁.太空中的水波如在前文中所提及,水波是由重力所驱动的,因此你可能会猜度出在月球上产生的水波运行比较慢,你甚至能明白到因为在太空船上没有重力,所以在太空船上产生的水波会有奇怪的表现. 其实在太空船上,我们会发现许多意想不到的现象.(1) 在围绕地球运行的太空站裏,重力完全地被抵消了,因此表面张力对於水在太空站裏的形状有著决定性的影响. 例如水在太空裏会形成不同体积的圆球体,而容器裏的水会有一个向内或向外的弯面,弯面向内或向外则视乎容器的表面张力而定.(2) 在这些水面上可形成由表面张力驱使的表面水波. 虽然你可能对表面张力没有认识,但你应可想像出这些水波有著跟普通水波不同的波速.
