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波干涉模拟 · 物理学 · 教育

二维波干涉模拟

分别用两个模型观察传播反射和相位干涉。改变输入,比较图像与观测点数值。

红、蓝和灰色表示位移正负,而不是亮度或强度。固定色标会饱和,观测点显示原始计算值。共享URL保存输入、波源配置与观测点,不保存当前波场或已过去的时间。暂停时仍更新输入对应的图像和数值;减少动态效果设置会使初始播放暂停。

计算结果与观测点
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t [显示s]
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c [格/step]
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f [Hz]
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λ [格]
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启用波源数
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网格最大|u|
—
观测点 u

波的传播与点波源干涉

· · 绘制计算: —

理论与主要公式

$u_{tt}+d\,u_t=c^2\nabla^2u$

$C=c\Delta t/\Delta x\le1/\sqrt2$
$\lambda_{\rm cells}=60c/f$

有限差分采用180×120无量纲网格,格距和积分步长均为1。c为格/step,显示时间为步数/60,f为每显示秒的周期数。时间阻尼采用中心差分。固定u=0边界使反射位移反号,一阶Mur吸收在斜入射与角点仍有反射。即使阻尼为0,几何扩散也会改变局部振幅。

两个模型与单位

有限差分采用180×120无量纲网格,格距和积分步长均为1。c为格/step,显示时间为步数/60,f为每显示秒的周期数。时间阻尼采用中心差分。固定u=0边界使反射位移反号,一阶Mur吸收在斜入射与角点仍有反射。即使阻尼为0,几何扩散也会改变局部振幅。

点波源模型在固定700×500参考坐标内叠加波动,窗口缩放不改变波长的含义。距离r处使用A exp(−αr/(3λ))/√r的远场因子,并忽略r<1。α为阻尼滑块值/100。它不是近场精确解、实际双缝、水槽或电磁场强度。

复现并检算

有限差分中c=0.50、f=0.80给出连续介质参考λ=60c/f=37.5格。点波源中选两个反相波源,保持振幅相同并观察中心:等距离贡献相消,u≈0。改变一方相位或振幅,比较中心数值。

红、蓝和灰色表示位移正负,而不是亮度或强度。固定色标会饱和,观测点显示原始计算值。共享URL保存输入、波源配置与观测点,不保存当前波场或已过去的时间。暂停时仍更新输入对应的图像和数值;减少动态效果设置会使初始播放暂停。

Langtangen: centred wave damping and reflecting edges · NIST DLMF: cylindrical-wave far-field asymptotics

FAQ

能直接设置波长吗?

点波源模型可以。有限差分模型由波速和频率计算参考波长。

这是双缝实验吗?

没有双缝障碍物。点波源模型比较两个点波源的叠加。

手机上能移动波源吗?

可拖动点波源手柄或修改x/y,画布其他区域可纵向滚动页面。

共享后会从同一瞬间继续吗?

不会。恢复输入和配置后从零时刻开始,不序列化整个有限差分波场。

分别用两个模型观察传播反射和相位干涉。改变输入,比较图像与观测点数值。

有限差分中c=0.50、f=0.80给出连续介质参考λ=60c/f=37.5格。点波源中选两个反相波源,保持振幅相同并观察中心:等距离贡献相消,u≈0。改变一方相位或振幅,比较中心数值。

红、蓝和灰色表示位移正负,而不是亮度或强度。固定色标会饱和,观测点显示原始计算值。共享URL保存输入、波源配置与观测点,不保存当前波场或已过去的时间。暂停时仍更新输入对应的图像和数值;减少动态效果设置会使初始播放暂停。