波干涉现象的三维图像仿真设计
2012-10-12邝雄
海南师范大学学报(自然科学版) 2012年4期
邝雄
(海南师范大学 物理与电子工程学院,海南 海口 571158)
普通物理学中,机械波占有重要的内容,而波的干涉现象又是机械波性质的重要反映.特别是讨论两频率相同、振动方向平行、相位相同或相位差恒定的两列波相遇时,使某些地方振动始终加强,而另一些地方振动始终减弱的波的干涉现象,是体现波动性的重要特征.观察两相干波干涉现象,一般是以水平面中两点波源的相干实例来实现的,这样的两点波源的相干实例,难以实现两点波源在相位与频率改变时的干涉现象情况观察,有局限性.
现在,可以利用计算机编程,通过程序设计方式来实现同频率、同振动方向的两点波源的相干情况进行仿真显示,并能实现频率与初相变化时的相干波的三维图象显示.这样的仿真可以很好地对两点波源干涉的整体情况进行观察.下面就讨论如何仿真设计.
1 波干涉原理
设有两相干点波源S1、S2,它们的频率相同、振动方向平行,其简谐运动的方程分别为

式中f为波源的振动频率,A1、A2分别为它们的振幅,φ1、φ2分别为两波源的初相.假设这两波源所发出的波都在同一介质中传播,其传播的波长均为λ,在无考虑介质对波能吸收的情况下,两列波的振幅也分别是A1和A2,于是,在空间中P点处两波相遇,见图1.而两波源在P点的振动分别是

图1 两相干波在空间相遇Fig.1 Two coherent waves meet in the space


式中r1、r2分别为两波源至P点的距离,则它们在P点的合成振动满足合振幅最大处的条件是
