探究機械波的衍射和干涉現(xiàn)象的MATLAB數(shù)值模擬

摘要：機械波的衍射和干擾現(xiàn)象，是常見的波傳輸問題，也是機械波檢驗分析的主要內(nèi)容?；诖?，本文結(jié)合機械波的衍射和干擾現(xiàn)象的理論，著重運用MATLAB數(shù)值模擬，對機械波的兩種傳輸狀態(tài)進行論述，以實現(xiàn)機械波檢驗綜合分析，物理動能準(zhǔn)確探究的目的。

關(guān)鍵詞：機械波；衍射和干涉；MATLAB數(shù)值模擬

引言：

MATLAB數(shù)值模擬，是以計算機為基礎(chǔ)的數(shù)據(jù)運算方式。它充分借助自動化程序，構(gòu)建信息檢測、預(yù)算的程序，將實際檢測中，精確度要求較高、實踐分析效果較好的信息，都運用程序內(nèi)容進行內(nèi)容整合，以輔助人們對目標(biāo)操作的具體判斷，而運用MATLAB數(shù)值模擬對機械波模擬分析，能夠以更加精確的視角，解析波的傳播軌跡。

一、機械波的衍射和干涉現(xiàn)象

機械波衍射現(xiàn)象，是指波按照設(shè)定軌道傳輸過程中，受到傳播中介的干擾，導(dǎo)致波在傳播過程中，產(chǎn)生了新的傳輸軌跡的情況。此時，波會繞過中介干擾物質(zhì)，向著新的方向轉(zhuǎn)換。而機械波干涉現(xiàn)象，是指波在傳播過程中，遇到了與當(dāng)前波傳播頻率相同，傳統(tǒng)行列相似狀況，此時主體傳輸波，就會受到干擾，導(dǎo)致其傳輸波傳輸頻率發(fā)生變化，或者波傳輸?shù)慕嵌劝l(fā)生轉(zhuǎn)變的情況。

當(dāng)機械波出現(xiàn)衍射或者干涉的情況時，原有的信號波傳輸，將出現(xiàn)波傳輸頻率、角度、分震動、合振動之間的變化，如果設(shè)定原始機械波的傳輸為A，則衍射后的波變化則是B，干涉后的波傳輸為C。三者之間的變化，雖然初始波與新波之間有著相似或者相同的情況，但大部分機械波結(jié)構(gòu)，都已經(jīng)發(fā)生了變化[1]。

二、MATLAB數(shù)值模擬解析機械波的衍射和干涉現(xiàn)象

（一）MATLAB數(shù)值模擬解析機械波的衍射現(xiàn)象

MATLAB數(shù)值模型，將生活中許多現(xiàn)象，都通過程序數(shù)據(jù)整合的方式，形成更為清晰的數(shù)據(jù)理論，而機械波在傳輸過程中，以肉眼對其衍射的變化觀察的并不清晰，尤其是出現(xiàn)小距離，如毫米一樣的軌跡變化時，我們無法精確的對其進行判斷。由此，我們在實際分析過程中，除了直接運用MATLAB程序，對機械波的傳輸過程進行跟蹤監(jiān)測，也通過機械波傳輸值為未知數(shù)，觀察機械波傳輸振動、角度、頻率等環(huán)節(jié)的變化。

我們從MATLAB數(shù)值模擬解析機械波實踐層面進行論述，本次MATLAB數(shù)值模擬時，共計實行三次波傳輸，第一次機械波為X1，第二次為X2，第三次為X3。機械波的初期分析時，第一次機械波傳輸?shù)慕嵌葹?0°，第二次為45°，第三次60°。然后按照公式μ（X）=Acos[ω（t-r/u）+Φ]計算，其中Φ為出相，A為振幅，ω為角頻率，u為波速，分別對機械波動的傳輸進行計算。最后判定X1的傳輸為小孔直接等于波長，X2的小孔直徑小于模波長，X3為小孔直徑大于波長。我們初步判斷，X1在傳輸過程中，并未發(fā)生衍射的情況；而X2在傳輸?shù)倪^程中，受到了較大的空間阻擋物，造成機械波傳輸時，將大部分波折射會發(fā)射點，只有一小部分波實現(xiàn)了離散性傳輸；而X3在傳輸過程中，雖然受到了障礙物，但其傳輸時，在障礙物的機械波傳輸部分，重新尋找到了機械波傳輸?shù)男虑?，因此，其光波以其他傳輸渠道傳輸結(jié)構(gòu)中，也實現(xiàn)了機械波傳輸[2]。

由此，我們將本次分析情況進行歸納：機械波在傳輸過程中，無論機械波的傳輸波長如何變化，機械波都有發(fā)生衍射的現(xiàn)象，且當(dāng)波長較長時，機械波的衍射情況更加明顯。

（二）MATLAB數(shù)值模擬解析機械波的干涉現(xiàn)象

設(shè)定機械波MATLAB數(shù)值模擬，運用現(xiàn)代數(shù)據(jù)中信息處理方式，本次機械波從點狀振動源入手，設(shè)定擋板與波源之間的距離為H，本次數(shù)值的分析切分為：（Y1，Z1）、（Y2，Z2）、（Y3，Z3）。Y1的波長為10，Y2為15，Y3為20。按照μ（r，t）= Acos（ωt+ρ2πr/λ）計算，其中A為波所在點，ρ為振幅，r為半徑。

以上檢測數(shù)據(jù)，對機械波的傳輸結(jié)果分析為：（Y1，Z1）機械波傳輸過程中，波峰與波谷相互重合，此時波傳播的振動始終保持加強變化的趨向；而（Y2，Z2）波傳播的過程中，波峰與波谷重合，但振動始終處于減弱狀態(tài)，兩條波的合振變化的幅度較??；而（Y3，Z3）的波傳播過程中，干涉波的峰值峰谷的波動較大，此時，兩條機械波合并傳輸過程中，干涉波的傳輸強度更大，但原始機械波也存在與干涉波相互抵消的情況。

由此，我們運用MATLAB數(shù)值模擬，對機械波的干涉現(xiàn)象進行分析后，得到的結(jié)論為：當(dāng)機械波傳輸?shù)脑疾◤姸容^大，則機械波發(fā)生干涉現(xiàn)象時，原始光波依舊能夠保持機械波的傳輸強度。當(dāng)干涉波與原始數(shù)據(jù)波之間的關(guān)系相互適應(yīng)時，則干涉波的傳輸干擾增強，最后傳輸節(jié)點上的波，則是干擾變化的波。當(dāng)機械波在傳輸過程中，遇到干擾光波時，原始光波也會直接進行進行光波合并，從而減少干涉波對原始光波的影響。

也就是說，機械光波出現(xiàn)干擾現(xiàn)象，距離越近，對原始波的影響也越大，機械波能夠在一定范圍之內(nèi)，自主對外部波進行合并，保障原始波傳輸?shù)姆€(wěn)定性。

結(jié)論：

綜上所述，探究機械波的衍射和干涉現(xiàn)象的MATLAB數(shù)值模擬，是大學(xué)物理理論知識解讀的主要手段，在大學(xué)物理知識的整合和解析提供了更專業(yè)的分析視角。在此基礎(chǔ)上，運用光波傳輸?shù)男Ч⒅薪樽兓闆r，對機械波的衍射和干涉現(xiàn)象進行探究，并運用MATLAB數(shù)值模擬的方式，設(shè)定機械波傳輸?shù)南嚓P(guān)理論，對機械波的傳輸現(xiàn)象進行論述。因此，機械波的衍射和干涉現(xiàn)象的MATLAB數(shù)值模擬探究，將以更加直觀、準(zhǔn)確的方式，對機械波的傳輸軌跡進行解析。

參考文獻(xiàn)：

[1]陳曉燕，張小霞，張新華.MATLAB數(shù)值分析技術(shù)在丁壩建模中的應(yīng)用[J].東北水利水電，2018，36（01）：54-57.

[2]王紅兵.基于Matlab的靜電場電場線和等勢線（面）的數(shù)值模擬[J].教育教學(xué)論壇，2017（49）：193-195.

作者簡介：郭盼，男，籍貫：貴州畢節(jié)，1992年3月出生，學(xué)歷：本科。

通訊作者：王曉麗