波的能量

更新时间:2023-03-18 09:31

波的能量,是指弹性媒质动能和势能的总和,公式为:波的能量 = 振动动能 + 形变势能。

实质及成因

而对任一弹性媒质,因为波在弹性媒质中传播时,各质点在其平衡位置附近振动,从而使弹性媒质具有振动动能;又因为振动造成了各质点之间的距离发生改变,媒质发生形变,从而使之具有形变势能。

振动动能与形变势能之和称此媒质中弹性波的能量。

波的能量 = 振动动能 + 形变势能。

平均能流

波的能量来自波源,能量流动的方向就是波传播的方向。能量传播的速度就是波速,为了描述波的能量传播,常引入能流密度的概念。单位时间内通过介质中某一单位面积的能量,叫做通过该面积的平均能流。

在单位时间内通过垂直于波传播方向的单位面积上的平均能量,称为能流密度。

能流密度越大,单位时间内通过垂直于波传播方向的单位面积的能量越多,波就越强,所以能流密度是波的强弱的一种量度,因而也称为波的强度。例如声音的强弱决定于声波的能流密度(声强)的大小;光的强弱决定于光波的能流密度(称为光强度)的大小。

由于波的强度与振幅有关,因此当平面简谐波在介质中传播时,若介质是均匀的,且不吸收波的能量,则其振幅将保持不变。但是,对球面波来说,情况就不同。

从给定声源发出的声波在介质中传播,它的声强与振幅的平方成正比。因此声波的声强越大,声振幅也就越大,声音便越响。因此声强是描述声音强弱的一个物理量。声频率为时,声强约为的声音,才可听到。这个引起人耳听觉的声强的最低限度叫做可闻阈,由于声强的变化范围过大,直接用声强表示,反而不方便,而是采用声强与可闻阈之比值来表示。又因人耳对弱的声波,听觉较为灵敏,对强的声波则不甚灵敏,经验表明,人耳所感觉到的响度并非正比于声强,而大约正比于声强的对数。因此,对声强为I的声波,采用比值的常用对数表征这声波的强度,叫做声强级。

特征

(1) 动能和势能在任何时刻位相相同

(2) 动能和势能在任何时刻量值相同

(3)总机械能不守恒

波的能量与振动能量的区别:

波的能量:动能、势能随时间同步变化,相互不转换,以相同的速度向前传播 。

振动能量:动能、势能不同步,相互转换,机械能守恒,不传播能量。

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