什么是半波损失?损失了什么?
什么是半波损失?损失了什么?
当波从一个介质传播到另一个介质时,有时会发生一种有趣的现象:反射回来的波会有一个π的相位突变。这种现象被称为"半波损失"。虽然听起来像是能量的损失,但实际上能量是守恒的。本文将通过模拟波动试验池,详细解释半波损失的原理及其在不同介质中的表现。
波由波速较快的介质向波速较慢的介质传播时,反射回来的时候会有一个π的相位的突变,这种现象就叫半波损失。许多类型的波都有这种现象,如光波、声波和琴弦上的波等等。
半波损失是一个包含有文学修辞手法的物理概念,这里说的损失是一种形象的描述。波的相位有一个π的变化,就相当于少走了半个波长,好像丢失了一样。
实际上在这个过程中并没有失掉什么,能量是守恒的。在英文中通常直白地表述为反射中的相变(相移):
Reflection phase change、Phase Change on Reflection、Phase Shift From Reflection
附图是一个模拟的波动试验池,通过求解波动方程来模拟波的传播过程。在这个池子中,绿色区域里的波速要比外面的慢,注意看波的颜色,蓝色表示波峰,橙色表示波谷,现在是蓝色在前橙色在后。
反射回来的波变成了橙色在前蓝色在后。这里的前后是相对于波的传播方向而言的。
让我们拉近镜头,看一下反射时相位是怎么变的。
再来看看折射波,它的相位并没有发生改变,依然是蓝色在前橙色在后。当它在另一界面反射时,相位也没有变。
因为它是从波速较慢的介质向波速较快的介质传播。
为了看得更清楚,现在设定绿色区域内的波速比外面的波速要快。
波发出的时候是蓝色在前,橙色在后。反射回来的时候依然是蓝色在前橙色在后。
拉近镜头,看一下它是如何保住这半个波长的。
对于光,半波损失可以表述为:
光从光疏介质射向光密介质时,反射光相对于入射光相位突变了π。