WikiDer > Плоская волна

Plane wave

В физика, а плоская волна это частный случай волна или поле: физическая величина, значение которой в любой момент постоянно в любой плоскости, перпендикулярной фиксированному направлению в пространстве.[1]

На любую позицию в космосе и в любое время , значение такого поля можно записать как

где это вектор единичной длины, и это функция, которая дает значение поля только из двух настоящий параметры: время , а смещение по делу по направлению . Последняя постоянна в каждой плоскости, перпендикулярной к .

Значения поля могут быть скалярами, векторами или любой другой физической или математической величиной. Они могут быть сложные числа, как в комплексная экспоненциальная плоская волна.

Когда значения являются векторами, волна называется продольная волна если векторы всегда коллинеарны вектору , а поперечная волна если они всегда ортогональны (перпендикулярны) ему.

Особые типы

Бегущая плоская волна

В волновые фронты плоской волны, бегущей в 3-х местный

Часто термин «плоская волна» относится конкретно к бегущая плоская волна, эволюцию которого во времени можно описать как простой перенос поля на постоянную скорость волны в направлении, перпендикулярном волновым фронтам. Такое поле можно записать как

где теперь функция одного реального параметра , описывающий «профиль» волны, а именно значение поля в момент времени , для каждого смещения . В этом случае, называется направление распространения. Для каждого перемещения , движущаяся плоскость перпендикулярна на расстоянии от происхождения называется "волновой фронт". Этот самолет движется по направлению распространения со скоростью ; и значение поля будет таким же и постоянным во времени в каждой его точке.[2]

Синусоидальная плоская волна

Этот термин также используется, даже более конкретно, для обозначения «монохроматического» или синусоидальная плоская волна: бегущая плоская волна, профиль которой это синусоидальный функция. Это,

Параметр , который может быть скаляром или вектором, называется амплитуда волны; скалярный коэффициент это его «пространственная частота»; и скаляр это его «фаза».

Настоящая плоская волна не может существовать физически, потому что она должна заполнить все пространство. Тем не менее модель плоской волны важна и широко используется в физике. Волны, излучаемые любым источником с конечной протяженностью в большую однородную область пространства, могут быть хорошо аппроксимированы плоскими волнами, если смотреть на любую часть этой области, которая достаточно мала по сравнению с ее расстоянием от источника. Так обстоит дело, например, с световые волны от далекой звезды, попадающей в телескоп.

Плоская стоячая волна

А стоячая волна - это поле, значение которого может быть выражено как произведение двух функций, одна зависит только от позиции, а другая - от времени. А плоская стоячая волна, в частности, можно выразить как

где является функцией одного скалярного параметра (смещение ) со скалярными или векторными значениями, и является скалярной функцией времени.

Это представление не уникально, поскольку те же значения полей получаются, если и масштабируются с помощью обратных факторов. Если ограничено в интересующем временном интервале (что обычно имеет место в физическом контексте), и можно масштабировать так, чтобы максимальное значение равно 1. Тогда будет максимальной величиной поля, наблюдаемой в точке .

Свойства

Плоскую волну можно изучить, игнорируя направления, перпендикулярные вектору направления ; то есть, рассматривая функцию как волна в одномерной среде.

Любые местный оператор, линейный или нет, примененная к плоской волне дает плоскую волну. Любая линейная комбинация плоских волн с одинаковым вектором нормали тоже плоская волна.

Для скалярной плоской волны в двух или трех измерениях градиент поля всегда коллинеарен направлению ; в частности, , где является частной производной от по первому аргументу.

В расхождение векторной плоской волны зависит только от проекции вектора в направлении . В частности,

В частности, поперечная плоская волна удовлетворяет для всех и .

Смотрите также

использованная литература

Источники

  • Бреховских, Л. (1980). Волны в слоистых средах (2-е изд.). Нью-Йорк: Академическая пресса. ISBN 9780323161626.
  • Джексон, Джон Дэвид (1998). Классическая электродинамика (3-е изд.). Нью-Йорк: Wiley. ISBN 9780471309321.