弹簧纵波的横波实质及演示条件

　　弹簧纵波的横波实质及演条件刘裕勤山东工业大学济南250061弹簧纵波演成功的条件。

　　许多物理教材中常介绍这样的个演实验，将亏旋轻弹簧水平悬挂起来，3不停地拉推弹簧的端，就有弹簧圈的疏部和密部沿轴线方向的传播，1它直观简明地演出纵波的主要持征，故称其为弹簧纵波。

　　然而，当仔细考，弹簧纵波的形成机理时，却发现它与细棒中传播的纵波或空气的声波有着本质上的不同。当拉推水平悬拌的长弹簧生沿轴线方向的位移，这位移垂直于确切说是近似垂直弹簧圈的钢丝，弹簧钢丝的相邻截面间发生的是切变。而与切变相联系的波动是横波，该横波是沿弹簧的螺旋钢丝传播的。

　　由于横波沿弹簧圈传播时，各质点的振动方向恰与轴线平行，因此在演中观察到的是沿轴线方向传播的弹簧圈的疏密波。为说明这问，假设在横波个波长的长度内包括了多匝弹簧圈，在任时刻，同匝的各质点间应质点却有不同的振动相位，故有不同的位移分布，但这种位移分布呈空间周期性的变化。如点左侧14波长范围内的质点与右侧14波艮范围内的质点位移是相同的，则4点附近的弹簧圈就因靠拢而呈现密部；如架1娃该时刻与点邻近的也是处于平衡位的点，在力点左劁14波长内的质点与右侧14波长范围内的质点位移是相背的，则5点附近的弹簧圈就因分散而呈现疏部。这样来，由于横波沿弹簧的螺旋钢丝传播，弹簧圈的疏部和密部就相应地沿轴线方向推进，这就形成了弹簧纵波。

　　下面分析弹簧纵波的波速和波长是如何决定的。设螈旋弹簧的半径为汉，嫘距为单位曰1间内横波沿弹黄圈传播尺匝，则波速而相应的弹簧纵波在单位时间内沿轴向推进个蝶距，故有比较2两式，得到横波的波速由材料的切变模量6和质量密度户所决定，且有如下的关系式可弹簧纵波的波速由螺旋弹簧的半径螺距材料的切变模量和质量密度所决定。

　　如果拉推弹簧的频率为可得掼波的波长弹簧纵波的波长则为七7订配⑴由6式和，式可以看出，如采拉推弹簧纵波。但如果拉推频率过高，致使在个横波的波长范围内仅包含很少的几匝弹簧圈，这时弹簧疏密波现就不够明显，如果频率再，假设恰好使=VZnR1+，这时各相邻弹策圈的对应质点间的相位差为2，这些质点总有相同的位移，而同匝中的不间质点却有不同疏密波，因此，欲成功地演弹簧纵波，拉推弹簧的频率要适当。

　　综合以上分析得出如下的结论当拉推嫘旋弹簧的端，弹簧钢丝相邻截面问发生切变，产生沿弹笼向旋线传播的横波。而弹簧圈疏部和密部沿轴线的传播是这横波所引起的或者说是相伴生的种现象简而言之，横波是本质，弹簧纵波是现。

　　畚考文献1程守沫，江之永。普通物理学第册。离等教育册。科学出版社1980.594上接38页外接法2.2单伏双安法测电阻的不确定度公式由于不必再测出和只所以可直接依据3式或4式得出计算及的测量总不确定度的式可由于7，8式与心，队有关，故7，8式的以尺较大；而9式与，心无关，所以9式的，较小，3单伏双安法测电阻的优点实验重点突出持测电咀值尺直接取两测量值之比，即它直接反映了欧姆定律实验的实质，并使实验原理更为简明。

　　2实验方法简单不必选择线路接法，也不必对测量结果加以修正，因而简化了实验方法。

　　3测量结果准确它不吸收被测电路兄支路的功率通过电流电压的电流不影响被测电路电流4参考文献丁慎训，张孔时。物理实鸦教程普通物理实验部分。，华大学出版社，北京1992.612李化平等物理实验。高等教育出版社，1988.128牧稹