Гармоническая волна представляет собой бесконечную синусоиду и является фундаментальной волновой моделью. Формула волны:
.
‑ величина возмущения в точке с радиусом-вектором в момент времени ; ‑ амплитуда возмущения; ‑ круговая частота ‑ связана с периодом : , где период – время, за которое совершается один полный цикл колебаний. Часто вместо периода используется циклическая частота ; ‑ носит название волнового вектора. По абсолютной величине равен числу волн на отрезке и ориентирован в направлении распространения возмущения; ‑ длина волны ‑ расстояние между двумя соседними максимумами (минимумами) возмущений. Длина волны и период связаны: , где ‑ скорость распространения возмущения. Выражение, стоящее за в выражении волны, называют фазой: .
,
если волна распространяется вдоль одной оси, например, , то
.
Одной из характеристик волн является вид поверхностей равных фаз, т.е. поверхностей, в любой точке которых в данный момент времени фазы одинаковы. Эти поверхности называют волновыми фронтами.
|
|
Соответствующие волны классифицируют по виду поверхностей равных фаз: плоские, сферические, цилиндрические.
Как уже было отмечено, распространение волн связано с переносом энергии в среде от локального возмущения. Количественно он характеризуется вектором плотности потока энергии . Направление совпадает с направлением переноса энергии, а его абсолютная величина равна энергии, переносимой волной за единицу времени через единичную площадь, расположенную перпендикулярно направлению потока. Обычно при расчётах используют связь потока и амплитуда волны : , где зависит от природы волны и свойств среды.