波動

呢篇文章講嘅係物理學嘅波。波嘅其他意思，睇波 (搞清楚)。

波動（粵拼：bo1 dung6；英文：waves），好多時簡稱波，係通過空間傳遞能量嘅一種擾動。機械波要通過物質傳，而電磁波就可以真空傳。波可以由一點傳到去另一度，唔使點郁到媒介嘅粒子，淨係靠粒子喺自己位度振。

基本概念

睇埋：能量

喺物理學上，波動係指

• 擾動（disturbance）－一個或者以上嘅物理量喺平衡點嘅周圍來回變化（個物理量由 $A$ 郁去 0，再郁去 $-A$，跟住郁返去 0，然後再郁去 $A$... 當中 $A$ 係場波動嘅振幅）；
• 而且呢股擾動會喺空間當中行進；
• 波動可以係有週期性嘅，即係每隔一段時間（週期；$T$）就重複一次，而頻率 $f$ 就係指每秒之內重複幾多次，$f=1/T$；

－好似係水上面嘅波浪就可以噉想像：喺呢種波動當中，來回變化緊嘅物理量係粒子嘅位置 $y$，$y$ 數值會喺 $A$、０ 同 $-A$ 之間來回噉郁嚟郁去，而呢股「令粒子來回上下郁」嘅力量仲會沿住水面傳開去。波動－包括波浪、聲同光在內－有好多物質冇嘅特性，例如係曉折射同繞射呀噉。至於要點樣證實光係種電磁性質嘅波動（電磁波），可以睇吓麥士維方程組相關嘅內容。

現實世界嘅漣漪（左圖）同相關嘅表面波現象，可以想像成水嘅粒子受到擾動而上下噉來回郁（右圖嘅抽象圖解），而且呢股擾動仲會沿住水面傳開去。

相關術語

• 平衡位置（equilibrium position）：粒子嘅原位
• 波峰（crest）：波最高嘅位置，嗰度嘅粒子有最大嘅向上位移
• 波槽（trough）：波最低嘅位置，嗰度嘅粒子有最大嘅向下位移
• 振幅（amplitude/$A$）：粒子距離平衡位置嘅最大位移（嘅絕對值）
• 波長（wavelength/$\lambda$）：一橛完整嘅波，或者令到波重覆自己一次嘅長度，即係兩個喺隔離嘅波峰之間，或者兩個喺隔離嘅波槽之間嘅距離
• 週期（period/$T$）：波行一個波長需要嘅時間
• 頻率（frequency/$f$）：波每秒行嘅距離同波長嘅比率（即係每秒行咗幾多波長），所以 $f={\frac {1}{T}}$
• 波速（wave speed/$v$）：每秒鐘波行嘅距離
• 角頻率（angular frequency/$\omega$）：就好似簡諧振動咁，定義為 ${\frac {2\pi }{T}}$
• 波數（wave number/$k$）：每 $2\pi$ 單位長度波重覆自己嘅次數，定義為 ${\frac {2\pi }{\lambda }}$

基本公式

1. $v=f\lambda$

證明：

$v={\frac {D}{t}}={\frac {\lambda }{T}}=\lambda ({\frac {1}{T}})=f\lambda$

物理特性

反射

内文：反射

反射係指波動（例如光）嘅波陣面喺兩隻唔同介質之間嘅位改變方向，並去返返去原本嗰隻介質裏面。舉個例說明，想像家陣有條光線由 ${\text{P}}$ 點通過空氣（介質 1）前進，跟住射落去一塊鏡嘅表面（塊鏡表面嘅玻璃係介質 2），當條光線去到空氣同玻璃之間嘅位（${\text{O}}$）嗰時，條光線嘅一部份會變方向射返過去空氣（介質 1）嗰邊，射向 ${\text{Q}}$ 嘅方向；而當由一件物體射過嚟嘅光喺塊鏡嘅表面反射並且進入觀察者對眼嗰度嘅時候，觀察者就會睇到鏡所反射嘅鏡像。

光嘅反射會遵從反射定律：入射角等如反射角。

折射

内文：折射

折射係指光等嘅波動由一種介質傳遞到另一種介質嗰陣（例如由水傳遞入空氣，或者由冇咁熱嘅空氣傳遞入熱啲嘅空氣），因為介質密度唔同而方向變咗。折射之所以會發生，係因為是但攞一種波動嚟睇，佢都會喺唔同介質裡便以唔同速度前進。當一束光以一定嘅角度射入密度比較大嘅介質嗰時，佢會減慢速度並且向住法線嗰邊彎曲。而相反，當佢進入密度比較低嘅介質嗰時，佢會加速而且偏離法線噉彎曲。束光折射嗰時彎曲得有幾勁，視乎兩種介質之間嘅折射率。

折射定律呢條物理定律，描述光由一種介質傳遞去另一種嗰時會點彎曲。用日常用語講，折射定律係話入射角（入射嗰束光同介質表面法線之間成嘅角度）同埋折射角（折射咗嘅光同法線之間成嘅角度）嘅正弦（sine）比例等於兩種介質嘅折射率之比。數學化啲講，折射定律係噉表示嘅（上圖係圖解）：

${\frac {\sin \theta _{1}}{\sin \theta _{2}}}={\frac {v_{1}}{v_{2}}}={\frac {n_{2}}{n_{1}}}$

當中 $\sin$ 係正弦。

杜卜勒效應

内文：杜卜勒效應

杜卜勒效應講緊波源同觀察者有相對嘅郁動嗰陣，觀察者接收到嘅波頻率會同波源發出嘅波頻率唔一樣：如果波源係向住觀察者郁嘅，觀察者接收到嗰股波（同波源發出嘅波相比）頻率會高咗，而如果波源係離觀察者越嚟越遠嘅，觀察者收到嗰股波（同波源發出嘅波相比）頻率就會低咗。

用圖像化嘅方式表達。波源開始郁，但 $v_{s}<c$：

想像波源開始向右郁，而觀察者企咗喺波源嘅右邊（例如 (10,0) 嗰個位）。

當波源發放出一個新嘅波高峰（藍色線）嗰陣，因為佢向右郁緊，所以新高峰同前一個向右邊射出去嘅高峰之間距離（觀察者睇到嘅波長）望落好似短咗噉，短咗 $v_{s}T$ 咁多，即係話觀察者睇到嘅波長（$\lambda _{a}$）會係

$\lambda _{a}=\lambda -v_{s}T$

如果觀察者企咗喺波源嘅左邊（例如 (-10,0) 嗰個位；佢離波源愈嚟愈遠），波長望落就會長咗。

正弦波

内文：正弦波

睇埋

• 光學同聲學
• 雙縫實驗
• 光電效應