试论研究简谐振动和简谐波的意义

蒋沃林

摘要：机械振动和机械波无处不在，与我们的生活密切相关，简谐振动是最简单最基本的机械振动，简谐振动振动产生简谐波，简谐波是波源的振动在媒质中由近而远的传播。研究简谐振动和简谐波可以帮助我们认识更为复杂的振动。

关键词：机械振动 简谐振动 简谐波

振动和波无处不在，振动和波是横跨物理学各分支学科最基本的运动形式，尽管在各学科里振动和波的内容不同，但在形式上却有很大的相似性。钟表的摆动，水中浮标的上下浮动、担重物行走时扁擔下物体的颤动、树叶在微风中摆动等都是振动现象。振动与我们的生活密切相关。钟表的摆动给我们提供了一种计时的方法，共振筛的运动提高了人们的运动效率，火车车厢与车轴的减震板使车厢运动更加平稳，当然振动也会给我们带来灾害，地震就是地壳振动的结果。所以研究振动具有非常重要的意义。本文主要研究简谐振动及简谐波，主要从简谐振动的特点及图像、简谐波的特点及简谐波的应用与研究意义等三个方面进行阐述。

一、简谐振动及其图像

振动是指一个物理量在某一个确定值附近随时间做周期性变化。振动可以分为机械振动、电磁振动、微观振动。简谐振动是最简单最基本的机械振动，它是指是指物体在跟偏离平衡位置的位移大小成正比，并且总指向平衡位置的回复力的作用下的振动。我们一般通过弹簧振子模型来研究简谐振动。弹簧振子是小球和弹簧组成的系统，是一种理想化模型。从构造上表现为把一根没有质量的弹簧一端固定，一端连接一个质点，在运动时没有任何摩擦和阻力。其模型图如图所示，通过这个模型来研究简谐振动的特点。

我们通过实验找出了质点的位移和时间的关系，质点的位移与时间遵从正弦函数规律，即它的振动图像（如上图所示）是一条正弦曲线。所以它不是匀变速运动时变力作用下的变加速运动。从图像上可以看出不同时刻质点的位移大小和方向。需要强调的是简写运动的图像不是运动的轨迹。图像是曲线，轨迹可能是直线也可能是曲线。弹簧振子只能直观的描述一下简谐振动，其实现实的简谐振动要复杂的多。

二、简谐波

简谐振动产生简谐波，简谐振动是一个质点的振动.简谐波是波源（最早振动的质点）的振动在媒质中由近而远的传播，是许多质点按先后的次序妨造波源的振动方式依次振动起来形成的，所以波是振动的传播，波动过程是许多质点按一定次序先后振动的过程。需要弄清楚的是波是运动状态的传播，介质的质点并不随波传播。

简谐波是指在均匀无吸收的介质中，波源做简谐振动时，在介质中所形成的波。简谐波可以分为横波与纵波和复杂波。横波是指质点的振动方向与波的传播方向想垂直的波。横波只能在固体中传播，横波具有交替出现的波峰和波谷；如抖动绳子传播的机械波。纵波是指质点的振动方向与波传播的方向平行。纵波在固体、液体和气体中都能传播。如弹簧波声波。复杂波实质是纵波和横波的合成，如地震波就是典型的复杂波。简谐波的主要参数包括波长λ（在波的传播方向上相邻两振动状态完全相同的质点间的距离）、周期T、频率v、波速u。其中波源的振动决定波的周期和频率，介质的性质决定波速。一般波在固体中传播的速度高于液体和气体。

三、简谐波的应用及研究意义

简谐振动是最简单最基本的机械振动，研究简谐振动有助于我们研究更复杂的机械振动，机械振动产生机械波，简谐波是基础的机械波，通过对简谐波特点的描述可以帮助我们研究其他机械波形。振动无处不在，甚至于我们人类的生命也离不开振动，心脏的跳动就是一种简谐振动，简谐波的应用范围非常广泛。本文主要从技术层面阐述。首先在音响技术上的应用，音符的跳动本质就是机械的振动波的传播，音乐的空间感、环绕感、音乐厅的设计都是根据机械振动特点，波的传播特点来进行。第二在声呐技术方面，在水中目标的探测、跟踪、通信、导航等也都离不开机械波的原理。第三超声技术，超声技术今年来发展迅速，超声技术在各个领域都发挥着重要作用，尤其是医疗领域，超声诊断，无创治疗，不仅大大减轻了病人的痛苦，而且使诊断更加精确，是医疗学的巨大进步。在通信领域更离不开机械波，尤其是现在光纤的应用，宽带的速度更快。这是我们机械波已经相对成熟的领域，为来随着科技的发展，机械波的研究深入，机械波会渗透到各个方面。所以我们研究机械波是非常重要的，那简谐振动的研究也是具有学术意义的。

四、结语

机械波的应用具有划时代的意义，极大的推动了科技的发展。随着机械波的研究日趋成熟，各个领域都有机械波的存在。就我们高中生来讲，研究简谐振动和简谐波可以帮助我们更好的研究负载运动，同时弄清简谐振动和简谐波的规律对进一步学习机械波、交流电、电磁波也具有重要意义。

参考文献：

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