水波是什么波?

水波是什么波?
水波是什么波?

水波是什么波?
学习机械波之后,我们都知道按照质点振动方向和波的传播方向之间的关系,可以把波分为横波和纵波,那么我们常见的水波是横波还是纵波呢?课后同学们的讨论让我也参考了这个思考,水波是什么波?
　　同学甲说：水波是横波,一块石头扔到还平静的湖面上,形成一圈一圈的波纹,有高（波峰）有低（波谷）,所以水波是横波.
　　同学乙说：（手里拿着一本《高中物理教材全解》）横波是物体的形状发生了变化而产生弹力作用所致,故纯粹的横波只能在固体中传播.水是液体,所以水波不应该是横波,而是纵波.
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　　不说不知道,其实在高中物理《机械波》的讲解中,我们把水波作为一种典型的机械波给学生举例,比如我们用来说明波传播的是振动这种运动形式,介质并没有随波迁移的水波中的小船,在波的衍射与波的干涉中,我们还明确的提到两列水波波峰与波峰相遇,波谷与波谷机遇等等提法,都让我们有这样的结论,水波是横波.
　　但事实并非如此,通过查找资料,关于水波的认识,目前有这样几种说法：
　　1、自然科学史研究所戴念祖院士在《中国古代的力学知识》一文中对 明代科学家宋应星关于水波的认识,有这样的评价：“明代科学家宋应星(1587－1660)在《论气．气声篇》中说道：“物之冲气也,如其激水然.……以石投水,水面迎石之位,一拳而止,而其文浪以次而开,至纵横寻丈而犹未歇.其荡气也亦犹是焉.”敲击物体使空气产生的波动如同石击水面波.这就是宋应星的结论.当然,声波是纵波,水波是横波.古代人由于受到时代的局限性,对这一点分不清,我们是不能苛求的.”通过这个我们可以看出戴念祖院士的观点认为水波是横波.
　　2、中央电教馆资源中心教师进修资源（高中版）的说水波既不是纵波也不是横波,叫水纹波.水波有水面波与水体波（内部）之分,水面波是横波,水体波是纵波.
　　3、还有一部分观点说水波实际上它是纵、横振动合成为椭圆运动的混合波.对于这些个观点和看法,有些是相互矛盾的,不能让我们对水波的情况有本质的理解,下面我们从水波的形成来看一看.
　　在平衡情况下,水的表面是水平的,水面发生扰动时,要使水面恢复水平的回复力有两个,一个是重力,另一个是表面张力.在水波的形成过程中,当水面上某一质点由于外力作用而下降,形成水窝时,水面下的水就挤到旁边去了,随后周围水的质点在重力作用下,开始向下降处流动,填充水窝的凹部,继而使其凸起,并在它的周围形成新的凹部.这样水的质点下降时,除了向下运动外,还要向波源方向运动；在上升时,除了向上运动外,还要向远离波源的方向运动.因此水面上的各个质点并不是上下运动,而是沿近似圆的轨道,上下前后地做周期性运动.因此,水波中的每个质点的运动都是由纵向运动（波的传播方向）和横向运动（与波的传播方向垂直的竖直方向）合成的.
　　如果水深远小于波长,这种波叫做浅水波,它的传播速度与水深的平方根成正比而与波长无关.如果水深远大于波长,就得到深水波,它的传播速度只与波长的平方根成正比.
　　深水波传播时,水中的质点不断地做匀速圆周运动,它的周期跟波的周期相同,它的运动方向,在圆周顶部跟波的传播方向一致,在圆周底部跟波的传播方向相反.图中的曲线,是水面上的波形图.OA是静止时的水面,O、B、C……是水面静止时等间隔的质点,箭头表示各个质点做圆周运动的方向,虚线表示的是各周期后的波形.这种波形曲线,谷长峰短,叫余摆曲线.
　　在水面,波的振幅等于各个质点做圆周运动的半径．在水面下方,振幅按指数律递减 .在水深等于半波长处,振幅会减至水面上的1/23,在水深等于1个波长处,振幅是水面上的1/535.所以,尽管水面上波涛汹涌,在水下是相当平静的.
　　对于浅水波,水质点的竖直运动随水深的增加而线性地减小,在水底变为零.
　　在水波中,对水面提供的回复力,在波长很短（小于 1.73cm）的时候,表面张力的作用是主要的,这种波叫表面张力波.但对于波长更长的波,表面张力的作用可以忽略,波动主要是重力作用的结果,这种波叫重力波.
　　对于浅水波,底部摩擦问题也是不可忽略的.在波峰处,水向前行进比较容易,在波谷处,水向后行进会与底部发生摩擦,结果是水质点在波峰处向前运动的距离比在波谷处向后运动的距离要远,因而产生水的净移动.这就是海滨的浪总是带着水一块走的原因.
　　综上所述,我们可以认为水波是一种特殊的机械波,就象我们说地震波即有纵波也有横波一样,水波也是即有纵波也有横波的一种波!
　　[后记] 作为一名理科生,在学习的过程中,我们在学习知识的同时,也要学习一种思维的方法,一种学习和探索的方法,每个人都可以成为一名发明家,一名科学家…… 但现实的生活中为什么我们却对一个物理题而感觉到困难,一个化学方程式而绞尽脑汁?其实这很正常,在我们学习和探索的过程中,都面对了很多的未知和盲区,“科学无坦途”,但只要我们有一个探究的态度和精神,相信在不知不觉中,你已经进步了,“我生有涯,而学无涯”,成功与否,或者说现在我们的成绩好与坏,可能就是差在那么一点儿的多和少上面,不要放弃!
　　中国理论物理流体学家周培源总结一生的治学,说了这样四句话,希望我们共勉,“独立思考 实事求是 锲而不舍 以勤补拙”
　　从初中到高中,我们学了不少的科学知识,也体验到了生活中的不少科学现象,生活中不是缺少科学,而是缺少发现和研究,让我们理科生都养成一个爱问、爱思考的习惯,不久你就会感受到,理科原来是很有趣的,理科原来是很美的.