線形彈簧縱波共振

「當彈簧上的入射波與反射波滿足相干條件，就會產生干涉。某些地方振動幅度加強，而某些地方因相互抵銷而幅度較小。當彈簧兩端的距離為一定頻率振動時所產生的半波長的整數倍時，既滿足條件，就形成了穩定的駐波，可清晰地看到波腹與波節。

實驗裝置

一隻鬆鬆的彈簧、一雙穩定的手，實驗時，將雙手握在彈簧的兩端。

實驗目的

借由水平震動彈簧，來觀察縱波(longitudinal wave)的性質，以及駐波(standing wave)產生的原因及現象。

實驗演示

用雙手握住彈簧兩端，使彈簧長度不變，並記錄彈簧的長度；
兩端以每秒1次的頻率推動彈簧，觀察彈簧上是否有疏密度不變的節點。

若沒有觀察到節點，可先透過目測估算波峰之間的距離，也就是彈簧波的波長，並將彈簧的長度調至波長的半整數倍 ( n/2 , n=1,2,3…)，此時，應可觀察到駐波，其中手的兩端為疏部 (節點)，而彈簧中段亦有若干個節點與腹點，彈簧的總節點數 = 總腹點數 +1 。

可變換推動彈簧兩端的頻率，藉此改變波長，並再次改變彈簧總長度，觀察是否仍是彈簧振動波長的半整數倍 ( n/2, n=1,2,3… )。

示範實驗

原理說明

  1.縱波:
     縱波是指在傳播介質中質點的震動方向與波的傳播方向平行的波。常見的例子為聲波。

  2. 駐波:
彈簧長度為L，則能形成駐波的條件為波長

頻率為

其中V為波在彈簧行進的速度

思考問題

1.  彈簧的長度改變，影響彈簧的鬆緊度，而彈簧的鬆緊度是否會影響彈簧的波速？
   Ans：確實會。原則上，彈簧拉得越緊，波速越快；因此，當我們改變彈簧的總長度時，波速並不固定，可以  表示。

生活中的應用

參考資料

Fundamentals of Physics, Halliday

工作人員

鍾旻峰、鄭兆文、陳柏中、魏銘良

江季鋒、黃偉倫、周貞佑

指導老師

傅昭銘教授