試論研究簡諧振動和簡諧波的意義

蔣沃林

摘要：機械振動和機械波無處不在，與我們的生活密切相關(guān)，簡諧振動是最簡單最基本的機械振動，簡諧振動振動產(chǎn)生簡諧波，簡諧波是波源的振動在媒質(zhì)中由近而遠的傳播。研究簡諧振動和簡諧波可以幫助我們認(rèn)識更為復(fù)雜的振動。

關(guān)鍵詞：機械振動 簡諧振動 簡諧波

振動和波無處不在，振動和波是橫跨物理學(xué)各分支學(xué)科最基本的運動形式，盡管在各學(xué)科里振動和波的內(nèi)容不同，但在形式上卻有很大的相似性。鐘表的擺動，水中浮標(biāo)的上下浮動、擔(dān)重物行走時扁擔(dān)下物體的顫動、樹葉在微風(fēng)中擺動等都是振動現(xiàn)象。振動與我們的生活密切相關(guān)。鐘表的擺動給我們提供了一種計時的方法，共振篩的運動提高了人們的運動效率，火車車廂與車軸的減震板使車廂運動更加平穩(wěn)，當(dāng)然振動也會給我們帶來災(zāi)害，地震就是地殼振動的結(jié)果。所以研究振動具有非常重要的意義。本文主要研究簡諧振動及簡諧波，主要從簡諧振動的特點及圖像、簡諧波的特點及簡諧波的應(yīng)用與研究意義等三個方面進行闡述。

一、簡諧振動及其圖像

振動是指一個物理量在某一個確定值附近隨時間做周期性變化。振動可以分為機械振動、電磁振動、微觀振動。簡諧振動是最簡單最基本的機械振動，它是指是指物體在跟偏離平衡位置的位移大小成正比，并且總指向平衡位置的回復(fù)力的作用下的振動。我們一般通過彈簧振子模型來研究簡諧振動。彈簧振子是小球和彈簧組成的系統(tǒng)，是一種理想化模型。從構(gòu)造上表現(xiàn)為把一根沒有質(zhì)量的彈簧一端固定，一端連接一個質(zhì)點，在運動時沒有任何摩擦和阻力。其模型圖如圖所示，通過這個模型來研究簡諧振動的特點。

我們通過實驗找出了質(zhì)點的位移和時間的關(guān)系，質(zhì)點的位移與時間遵從正弦函數(shù)規(guī)律，即它的振動圖像（如上圖所示）是一條正弦曲線。所以它不是勻變速運動時變力作用下的變加速運動。從圖像上可以看出不同時刻質(zhì)點的位移大小和方向。需要強調(diào)的是簡寫運動的圖像不是運動的軌跡。圖像是曲線，軌跡可能是直線也可能是曲線。彈簧振子只能直觀的描述一下簡諧振動，其實現(xiàn)實的簡諧振動要復(fù)雜的多。

二、簡諧波

簡諧振動產(chǎn)生簡諧波，簡諧振動是一個質(zhì)點的振動.簡諧波是波源（最早振動的質(zhì)點）的振動在媒質(zhì)中由近而遠的傳播，是許多質(zhì)點按先后的次序妨造波源的振動方式依次振動起來形成的，所以波是振動的傳播，波動過程是許多質(zhì)點按一定次序先后振動的過程。需要弄清楚的是波是運動狀態(tài)的傳播，介質(zhì)的質(zhì)點并不隨波傳播。

簡諧波是指在均勻無吸收的介質(zhì)中，波源做簡諧振動時，在介質(zhì)中所形成的波。簡諧波可以分為橫波與縱波和復(fù)雜波。橫波是指質(zhì)點的振動方向與波的傳播方向想垂直的波。橫波只能在固體中傳播，橫波具有交替出現(xiàn)的波峰和波谷；如抖動繩子傳播的機械波。縱波是指質(zhì)點的振動方向與波傳播的方向平行。縱波在固體、液體和氣體中都能傳播。如彈簧波聲波。復(fù)雜波實質(zhì)是縱波和橫波的合成，如地震波就是典型的復(fù)雜波。簡諧波的主要參數(shù)包括波長λ（在波的傳播方向上相鄰兩振動狀態(tài)完全相同的質(zhì)點間的距離）、周期T、頻率v、波速u。其中波源的振動決定波的周期和頻率，介質(zhì)的性質(zhì)決定波速。一般波在固體中傳播的速度高于液體和氣體。

三、簡諧波的應(yīng)用及研究意義

簡諧振動是最簡單最基本的機械振動，研究簡諧振動有助于我們研究更復(fù)雜的機械振動，機械振動產(chǎn)生機械波，簡諧波是基礎(chǔ)的機械波，通過對簡諧波特點的描述可以幫助我們研究其他機械波形。振動無處不在，甚至于我們?nèi)祟惖纳搽x不開振動，心臟的跳動就是一種簡諧振動，簡諧波的應(yīng)用范圍非常廣泛。本文主要從技術(shù)層面闡述。首先在音響技術(shù)上的應(yīng)用，音符的跳動本質(zhì)就是機械的振動波的傳播，音樂的空間感、環(huán)繞感、音樂廳的設(shè)計都是根據(jù)機械振動特點，波的傳播特點來進行。第二在聲吶技術(shù)方面，在水中目標(biāo)的探測、跟蹤、通信、導(dǎo)航等也都離不開機械波的原理。第三超聲技術(shù)，超聲技術(shù)今年來發(fā)展迅速，超聲技術(shù)在各個領(lǐng)域都發(fā)揮著重要作用，尤其是醫(yī)療領(lǐng)域，超聲診斷，無創(chuàng)治療，不僅大大減輕了病人的痛苦，而且使診斷更加精確，是醫(yī)療學(xué)的巨大進步。在通信領(lǐng)域更離不開機械波，尤其是現(xiàn)在光纖的應(yīng)用，寬帶的速度更快。這是我們機械波已經(jīng)相對成熟的領(lǐng)域，為來隨著科技的發(fā)展，機械波的研究深入，機械波會滲透到各個方面。所以我們研究機械波是非常重要的，那簡諧振動的研究也是具有學(xué)術(shù)意義的。

四、結(jié)語

機械波的應(yīng)用具有劃時代的意義，極大的推動了科技的發(fā)展。隨著機械波的研究日趨成熟，各個領(lǐng)域都有機械波的存在。就我們高中生來講，研究簡諧振動和簡諧波可以幫助我們更好的研究負(fù)載運動，同時弄清簡諧振動和簡諧波的規(guī)律對進一步學(xué)習(xí)機械波、交流電、電磁波也具有重要意義。

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