我看到一本声学书计算横波和纵波的速度?横波和纵波不都是声波的速度吗?声波是什么波?

Question

我看到一本声学书计算横波和纵波的速度?
横波和纵波不都是声波的速度吗?
声波是什么波?

Answer 1

在空气中传播的声波是纵波,横波和纵波的波速是不一样的.
那为什么纵波和横波的波速会不相同的呢?
首先我们应该知道：横波是质点的振动方向与波的传播方向垂直的波.纵波是质点的振动方向与传播方向平行的波.
我们如果对分子运动论很熟悉,就会知道,既然我们研究的介质分子是静止的、均匀分布的,那么,对于纵波来说,当振子向前运动时,它将占据前方原来均匀分布介质分子的空间,把原来的介质分子压缩在一个小空间中,形成一个密部.密部的分子之间的距离变小,呈现的分子力是斥力.斥力使分子向周围作离心运动.离心运动的结果,使原来是密部的小空间变成疏部,而周围的空间变成新的密部.
　　那么,宏观地看,相当于原来密部变成疏部,而且密部传播出去.
　　那么,新的疏部也传播出去.
　　于是,宏观地看,振子（波源）不断向外传播出密疏相间的振动,这就是纵波.
　　显然,分子力的斥力较为强大,而且作用范围较近,因此,振动传播出去的速度较快.所以,纵波的传播速度较快.
　　不仅如此,这一叙述对所有介质都适用.所以,纵波可以在固体、液体、气体的内部传播,也可以在固体的表面传播,却不可以在液体和气体的分界面上传播.
　　那为什么纵波不可以在液体和气体的分界面上传播?
　　在液体和气体的分界面上,液体的表面层分子比较稀薄,形成一个呈现表面张力的特殊层.这一层如果出现密部和疏部,意味着液体的表面粉碎.
　　表面张力不允许液体表面粉碎,所以液体表面不能传播纵波.
　　那么横波呢?对于波速V,介质分子是横向运动的,它们之间的分子力主要为分子引力,力较小,作用范围又较大,所以振动的传播比较慢.
　　气体分子之间没有横向力,液体内部的分子之间也没有横向力,所以,横波不能在气体中传播,也不能在液体中传播.横波可以在固体内部、固体表面、液体和气体的分界面上传播.