这种振动系统的某些特性可以做定量的估计。首先是每一节车厢离开原来位置的最大位移量,这个量称为振幅。如果仔细观察每节车厢在同一时间内离开原来位置沿列车方向的位移量的分布情况,就会获得一幅波动的曲线。车厢沿冲量方向的位移画在水平线上面,向相反方向的位移画在水平线下面,这种曲线是通常的正弦曲线。
如果取相邻车厢之间的相对距离代替每节车厢的位移,也可以获得类似的曲线。这种曲线上的峰相当于车厢互相碰撞,而谷则相当于车厢相互间分开的最大距离。每一系列沿列车传播的碰撞,在曲线上表现为一个沿水平轴运动的正弦曲线波峰。前后两个碰撞波间的距离也就是相邻正弦曲线波峰之间的距离。这个距离通常称为震动波长。
每一个碰撞波以一定速度沿着列车传播,速度的大小取决于车厢的质量和使车厢包车在原来位置的橡胶绳的弹性。只要知道波长和波的传播速度,就可以说出,在单位时间内有多少波经过已知点。这种波的数目表征震动的频率。现在,让我们从这个粗略的模型转向研究声音在空气中的传播。空气(气体的混合物)由大量的独立分子构成,这些分子以较大的速度杂乱地运动,不断地相互碰撞,如果空气中有谷底微粒,它们与这些微粒碰撞。我们不论选哪一个单独的分子进行观察,都无从发现能够使分子回到出发位置的力。但是,如果我们观察任意选择的一个分子群,那么,我们就会确信,这个分子群竭力要处在某种统计平均位置。正如橡胶绳的弹力作用于每一节车厢(可以把车厢看成是由大量杂乱运动的分子所组成)一样,同位移大小成正比的恢复力也作用于从初始位置移动的任何一个分子群。这个例子可以加以变换,可以用充满空气的某种管子代替列车,用插入管子末端作用期振动的膜片(类似扬声器的纸盒)代替推动车厢的机车。在这个模型中,代替沿列车传播的碰撞波的是空气的疏密波,同车厢之间最大距离相当的谷,现在同空气稀疏区相符合。物质中这种压缩和稀疏的传播就是声音。
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