波动过程中的相速度和群速度

波动是最广泛的科学论题之一。相速度和群速度是描述波动过程的重要概念,本文旨在讨论线性和非线性波动中的相速度和群速度,以及群速度与能量传输的关系.一、线性波中的相速度与群速度线性波动是波动方程的解具有     

相速度、群速度与德布罗意波

在介绍了相速度与群速度的概念后，由德布罗意关系出发，对实物粒子的波粒二象性进行了讨论，给出了实物粒子的运动速度正是德布罗意波的群速度。     

VTI介质中Thomsen参数对相速度和群速度的影响

相速度和群速度对于研究弹性波在各向异性介质中的传播具有重要意义,同时对合理评价地震资料解释成果也具有一定的指导意义。深入研究Thomsen参数与群、相速度的关系有助于研究复杂地层中波的传播规律以及速度的变化趋势,从而使地震资料解释更加准确。本文首先简要推导了VTI介质中弹性波的群、相速度解析表达式,然后通过编程实现,直观显示了三维速度曲面的变化特征与Thomsen参数的联系,并通过二维及一维速度曲线变化加以验证。实验结果表明：VTI介质中群速度较相速度对Thomsen参数的变化更加敏感,其中随着 (qP波各向异性强度表征参数)与 (描述纵横波相速度的过渡性参数)差值的不断增大,各向异性程度明显增强,群速度剧烈变化,尤其是qSV波;随着 (横波分裂强度表征参数)值的不断增大,SH波群、相速度面的扁率也不断增大。     

声学各向异性介质中的S波

声学VTI介质是人为定义横波在对称轴方向的速度V_S0的一种模型。传统理论认为当V_S0=0时可以消除横波能量。论证声学VTI介质的存在,并讨论其特殊的性质,可以看到在声学VTI介质中SV波的相速度和群速度并不是恒为零。用高阶交错网格有限差分方法对不同的声学VTI介质模型进行全波场模拟,同时计算V_s0取不同值时的群速度和相速度x、z分量。通过对比分析得出波现象：SV波在垂直方向传播时其极化方向是平行于P波传播方向的;由于邻近方向能量的聚集,在对称轴附近SV波的振幅会有较大的值;P波和SV波的群速度的值在某些方向上可以很接近甚至相等。     

声学各向异性介质中的S波

声学VTI介质是人为定义横波在对称轴方向的速度V_S0的一种模型。传统理论认为当V_S0=0时可以消除横波能量。论证声学VTI介质的存在,并讨论其特殊的性质,可以看到在声学VTI介质中SV波的相速度和群速度并不是恒为零。用高阶交错网格有限差分方法对不同的声学VTI介质模型进行全波场模拟,同时计算V_s0取不同值时的群速度和相速度x、z分量。通过对比分析得出波现象：SV波在垂直方向传播时其极化方向是平行于P波传播方向的;由于邻近方向能量的聚集,在对称轴附近SV波的振幅会有较大的值;P波和SV波的群速度的值在某些方向上可以很接近甚至相等。     

色散介质中波传播的相速度和群速度

本文从相速度和群速度的一般含义出发，讨论了介质色散性质对传播速度的影响，并给出了色散介质中相速度和群速度的具体表式及使用限制．/美＠调##4色散介质;;相速度;;群速度     

光在色散介质中的速度

从相速度和群速度的定义出发，分析了波在非色散介质和色散介质中传播的群速度大小，并阐述了群速度的统计意义和超光速现象。澄清了人们对群速度概念上的误解。     

垂直对称轴的横向各向同性介质中Thomsen参数对相速度和群速度的影响

相速度和群速度对于研究弹性波在各向异性介质中的传播具有重要意义;同时对合理评价地震资料解释成果也具有一定的指导意义。深入研究Thomsen参数与群、相速度的关系有助于研究复杂地层中波的传播规律以及速度的变化趋势,从而使地震资料解释更加准确。首先简要推导了各向同性(VTI)介质中弹性波的群、相速度解析表达式,然后通过编程实现,直观显示了三维速度曲面的变化特征与Thomsen参数的联系;并通过二维及一维速度曲线变化加以验证。实验结果表明:VTI介质中群速度较相速度对Thomsen参数的变化更加敏感;其中随着ε(q P波各向异性强度表征参数)与δ(描述纵横波相速度的过渡性参数)差值的不断增大,各向异性程度明显增强,群速度剧烈变化;尤其是q SV波;随着γ(横波分裂强度表征参数)值的不断增大,SH波群、相速度面的扁率也不断增大。     

电磁弹性层状结构中的Love波传播

研究了半无限大压电(压磁)基体上覆盖压磁(压电)层的横观各向同性电磁弹性材料层状结构中 Love 波的传播规律. 电磁弹性材料的极化方向沿反平面方向的z轴. 基于电磁弹性介质的运动方程和电磁学开路和短路边界条件得到相速度方程, 进而对压磁材料覆盖层中的相速度、群速度、磁机电耦合系数、电势和磁势分布进行了计算和讨论, 并讨论了压磁系数对相速度、群速度、磁势分布等分布的影响. 分析方法和计算结果可以为相关的磁场传感器等电磁器件的研制提供参考.     

电磁弹性层状结构中的Love波传播

研究了半无限大压电(压磁)基体上覆盖压磁(压电)层的横观各向同性电磁弹性材料层状结构中 Love 波的传播规律. 电磁弹性材料的极化方向沿反平面方向的z轴. 基于电磁弹性介质的运动方程和电磁学开路和短路边界条件得到相速度方程, 进而对压磁材料覆盖层中的相速度、群速度、磁机电耦合系数、电势和磁势分布进行了计算和讨论, 并讨论了压磁系数对相速度、群速度、磁势分布等分布的影响. 分析方法和计算结果可以为相关的磁场传感器等电磁器件的研制提供参考.     

横向各向同性介质中的地震波传播特性

在各向异性介质中 ,地震波的传播特性随传播方向而变化 ,常表现为地震波传播的相角和群角、相速度和群速度的不一致性。应用理论模型计算方法研究了具有垂直对称轴的横向各向同性介质中P波、SV波的传播规律和Thomsen参数对P波相速度的影响。计算表明 ,横向各向同性介质中的P波与SV波的相速度曲线不再是各向同性介质中的圆形。就相速度而言 ,在垂直方向附近 ,SV波的速度变化要比P波明显得多 ;Thomsen参数vS0 对P波相速度的影响非常小。研究结果对各向异性介质中的弹性参数反演、速度反演、NMO、DMO及时间域的偏移有着重要意义。     

论粒子和波包的关系

1924年,德布洛衣提出波和粒子的统一理论后,许多物理学家(包括德布洛衣本人)都曾企图把粒子归结为波包,但由于和电子或其它具有静止质量的粒子相对应的德布洛衣波群在真空中有色散,因而波包不可能稳定,所以粒子即波包的说法就再没有人提了.粒子波包说目前虽然遭到绝大多数物理学家的反对,但这一学说的影响还远远没有肃清.例如:几乎所有量子力学书,目前都还给波包一定的地位,说什么德布洛衣波的群速度就是粒子速度.有的书还利用波包推导测不准关系等等. 本文对德布洛衣波群的相速度、群速度、和粒子速度作了进一步分析、发现粒子的速度和群速度不存在必然的联系.德布洛衣波是一种平面波,德布洛衣波群中根本不存在什么稳定波包,因此粒子和波包更不存在必然联系,用波包推导测不准关系是没有物理意义的.     

横向各向同性介质中的地震波传播特性

在各向异性介质中，地震波的传播特性随传播方向而变化，常表现为地震波传播的相角和群角、相速度和群速度的不一致性。应用理论模型计算方法研究了具有垂直对称轴的横向各向同性介质中P波、SV波的传播规律和Thomsen参数对P波相速度的影响。计算表明，横向各向同性介质中的P波与SV波的相速度曲线不再是各向同性介质中的圆形。就相速度而言，在垂直方向附近，SV波的速度变化要比P波明显得多；Thomsen参数vso对P波相速度的影响非常小。研究结果对各向异性介质中的弹性参数反演、速度反演、NMO、DMO及时间域的偏移有着重要意义。     

超光速问题的讨论

根据具体计算数据，讨论小于1的折射率和超光速问题。给出一种近似计算相速度和群速度的方法。     

等离子体拍波加速器中的激光束自聚焦

粒子的激光加速最近受到广泛的注意.由Tajima 和Dawson 提出的等离子体拍波加速器是一种很有应用前景的方案.这一方案的基本思想是,在等离子体中输入两束频率略有不同的激光,从而激发大振幅的等离子体拍波.拍波的相速度等于激光束的群速度     

群速度在两个惯性系中的交换法则

在物理学的各个分支中,群速度的重要性已经广泛知道。在量子力学中,当讨论与自由粒子相联系的波函数或物质场的定域波包时,群速度等于粒子运动的速度。在经典电磁学中,经常遇到计算电磁能量,以及这个能量以群速度传播。 在这篇文章中,介绍了群速度在两个惯性系S与S＇中的变换法则,类似于相对论中粒子速度的变换法则。其中S＇系以速度v相对于S系沿共同的正X—X＇方向运动。     

竖直气液两相管流中空隙率波及其不稳定性分析

对竖直气液两相管流中的空隙率波进行了测量和分析。结果表明 ,不同流型的空隙率波其传播速度不同 ,并随含气率的升高而增大 ,泡状流“失稳”前后空隙率波的相速度与群速度不相等 ,属于色散波。利用扰动方法研究了空隙率波的不稳定性 ,发现某些频率的扰动能使空隙率波的波速和相速度有所提高。非线性分析结果表明 ,泡状流“失稳”时是一个混沌动力系统。空隙率波的增长系数求解结果表明 ,泡状流向弹帽泡状流转化时 ,空隙率波对有限扰动是不稳定的 ,并对扰动的频率有所选择。当扰动频率与空隙率波的主控频率相近时 ,空隙率波呈最大增长状态。     

正弦型波纹板导波传播的理论模型与数值计算

为了探究正弦型波纹板中超声导波的传播特性,基于经典的自由平板中导波频散方程的推导方法,引入波纹板的结构参数,对波纹板中SH波和Lamb波的频散方程进行了推导.采用二分法数值求解频散方程,得到了波纹板相速度和群速度频散曲线.将波纹板和平板的频散曲线进行了比较,研究了导波不同模态的群速度随结构参数的变化规律.同时对波纹板中超声导波传播特性进行了有限元仿真,分析了正弦型波纹板中导波的实际传播距离随结构参数的变化规律.     

含左手材料的光子晶体

讨论了含左手材料光子晶体中介电常数、磁导率与折射率间的关系,及其电磁学特性,和电磁波在其中的传播的相速度和群速度,得出了相关结论.     

流体饱和多孔弹性板中水平剪切波的弥散特性

研究多孔弹性板中水平剪切波的传播特性对该波在无损检测和声弹性技术范围内的工程应用有着重要的价值.在多孔介质理论的基础上,认为板为饱和多孔介质材料,由固相骨架和流相骨架组成,且固相骨架为弹性、不可压、各向同性、小变形,分析了多孔弹性板中水平剪切波的相速度、群速度随频率的变化规律,以及渗透系数对弥散特性的影响.