
首先你得知道波传播的速度,因为振动速度和波传播的速度是不一样的,二者之间没有任何关系。
知道了波的传播速度之后,确定原点,确定初相位记为w0。
波速*振动周期=波长记为x,振动方程的最大位移是波的H振幅记为A则波的方程可以写成Asin(nx+w0)
波动方程的本质是振动方程,形式上自然一样,他们的区别就在于,振动方程描述的是一个质点在任意时刻偏离平衡位置的位移,而波动方程描述的是任意一个质点在任意时刻偏离平衡位置的位移,这个任意时刻用变量t来表示,任意位置用变量x来表示,求解方法完全是求解振动方程的方法,首先确定一个参考点,一般选择坐标原点,根据初始条件写出它的振动方程,然后在右侧任选一点,坐标为x,这一点的振动方程和原点的振动方程对比,振幅一样,角频率一样,唯一不一样的是初相位,而相位差可以根据这两个点的距离来确定,即相位差等于距离除以波长再乘以2PI(圆周率),同时,沿着波的传播方向相位越来越小。记住,波动方程就是振动方程。
关于这个问题,一般而言,振动方程可以通过对其进行一次或多次空间导数的操作,转化为波动方程。具体而言,对于一维情况下的振动方程:
$$frac{partial^2 u}{partial t^2}=c^2frac{partial^2 u}{partial x^2}$$
其中 $u=u(x,t)$ 表示振动的位移,$c$ 表示波速。我们可以对它进行一次空间导数的操作,得到:
$$frac{partial^2}{partial x^2}left(frac{partial^2 u}{partial t^2} ight)=c^2frac{partial^4 u}{partial x^2partial t^2}$$
然后,我们可以使用混合偏导数的方法,将 $frac{partial^4 u}{partial x^2partial t^2}$ 转化为 $frac{partial^2}{partial t^2}left(frac{partial^2 u}{partial x^2} ight)$:
$$frac{partial^2}{partial x^2}left(frac{partial^2 u}{partial t^2} ight)=c^2frac{partial^2}{partial t^2}left(frac{partial^2 u}{partial x^2} ight)$$
于是我们就得到了一维情况下的波动方程:
$$frac{partial^2 u}{partial t^2}=c^2frac{partial^2 u}{partial x^2}$$
对于二维或三维情况下的振动方程,也可以通过类似的方法将其转化为波动方程。