波的重疊原理 Superposition Principle
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本Java動畫企圖描述波的疊加特性, 也就是重疊原理(Superposition Principle):

當兩波動在空間中重合時, 其振幅直接相加, 但彼此間又互不影響.

    藍色綠色分別代表兩個一維的波, 紅色則為合成波

      藍色波固定向右行進,且頻率固定

      綠色波可用上方(-,+)按鈕, 變更行進方向

    你可以變更 藍/綠 色波的 波長 lambda 和 頻率 frequency

      波速可由頻率 f 與波長 λ得知, v = f*λ

    初始設定:兩波 波長、頻率與振幅皆相同但行進方向相反, 當兩波疊加時可形成駐波.

    利用滑鼠改變改變兩波相關參數

      讓滑鼠接近中央水平線後,按下滑鼠鍵並左右拖動滑鼠,可改變相對相角 phase

      讓滑鼠接近波的最高振幅處, 按下滑鼠鍵並上下拖動滑鼠, 可改變該波的最大振幅。

      快速連續按兩下滑鼠鍵可以改變動畫速率:

        按左鍵兩下 減慢 1.5 倍,按 右鍵兩下 加快1.5 倍


      若僅頻率不相同時,是否仍為駐波呢?有何不同處?此時會出現 拍音 的效果嗎?

      若僅振幅不相同時,會如何呢?是否感覺波峰在 繞著近似 橢圓軌道變化呢?

        海邊的波浪是否有類似的情形出現呢?

        注意觀看 隨著滑鼠游標改變水平位置的 三個小點,顯示介質的運動。

        由於是 橫波,故疊加後的紅色質點仍是 上下運動。

        (質點若是有水平方向位移,則必然包含有 縱波的成分)

      若僅波長不相同時,是否出現新的情景?此時會出現 拍音 的效果嗎?

        通常在相同介質中 若波速不變,則當頻率改變時 波長也跟著變化。

          因此我們發現 當兩波頻率不同時會有 拍音 出現。

        但是上面的結果顯示,若頻率改變 但波長不變(波速不同時)又如何呢?

      你是否已經清楚,在何種情形下,才會有拍音 beat 效果出現呢 (範例 GIF 圖片)?


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作者:國立台灣師範大學 物理系 黃福坤