探究機械波的衍射和干涉現象的MATLAB數值模擬

摘要：機械波的衍射和干擾現象，是常見的波傳輸問題，也是機械波檢驗分析的主要內容。基于此，本文結合機械波的衍射和干擾現象的理論，著重運用MATLAB數值模擬，對機械波的兩種傳輸狀態進行論述，以實現機械波檢驗綜合分析，物理動能準確探究的目的。

關鍵詞：機械波；衍射和干涉；MATLAB數值模擬

引言：

MATLAB數值模擬，是以計算機為基礎的數據運算方式。它充分借助自動化程序，構建信息檢測、預算的程序，將實際檢測中，精確度要求較高、實踐分析效果較好的信息，都運用程序內容進行內容整合，以輔助人們對目標操作的具體判斷，而運用MATLAB數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象

機械波衍射現象，是指波按照設定軌道傳輸過程中，受到傳播中介的干擾，導致波在傳播過程中，產生了新的傳輸軌跡的情況。此時，波會繞過中介干擾物質，向著新的方向轉換。而機械波干涉現象，是指波在傳播過程中，遇到了與當前波傳播頻率相同，傳統行列相似狀況，此時主體傳輸波，就會受到干擾，導致其傳輸波傳輸頻率發生變化，或者波傳輸的角度發生轉變的情況。

當機械波出現衍射或者干涉的情況時，原有的信號波傳輸，將出現波傳輸頻率、角度、分震動、合振動之間的變化，如果設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，但大部分機械波結構，都已經發生了變化[1]。

二、MATLAB數值模擬解析機械波的衍射和干涉現象

（一）MATLAB數值模擬解析機械波的衍射現象

MATLAB數值模型，將生活中許多現象，都通過程序數據整合的方式，形成更為清晰的數據理論，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測，也通過機械波傳輸值為未知數，觀察機械波傳輸振動、角度、頻率等環節的變化。

我們從MATLAB數值模擬解析機械波實踐層面進行論述，本次MATLAB數值模擬時，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，第一次機械波傳輸的角度為30°，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，并未發生衍射的情況；而X2在傳輸的過程中，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射點，只有一小部分波實現了離散性傳輸；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的新渠道，因此，其光波以其他傳輸渠道傳輸結構中，也實現了機械波傳輸[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，機械波都有發生衍射的現象，且當波長較長時，機械波的衍射情況更加明顯。

（二）MATLAB數值模擬解析機械波的干涉現象

設定機械波MATLAB數值模擬，運用現代數據中信息處理方式，本次機械波從點狀振動源入手，設定擋板與波源之間的距離為H，本次數值的分析切分為：（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。

以上檢測數據，對機械波的傳輸結果分析為：（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，兩條波的合振變化的幅度較小；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數值模擬，對機械波的干涉現象進行分析后，得到的結論為：當機械波傳輸的原始波強度較大，則機械波發生干涉現象時，原始光波依舊能夠保持機械波的傳輸強度。當干涉波與原始數據波之間的關系相互適應時，則干涉波的傳輸干擾增強，最后傳輸節點上的波，則是干擾變化的波。當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，機械光波出現干擾現象，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，自主對外部波進行合并，保障原始波傳輸的穩定性。

結論：

綜上所述，探究機械波的衍射和干涉現象的MATLAB數值模擬，是大學物理理論知識解讀的主要手段，在大學物理知識的整合和解析提供了更專業的分析視角。在此基礎上，運用光波傳輸的效果、中介變化情況，對機械波的衍射和干涉現象進行探究，并運用MATLAB數值模擬的方式，設定機械波傳輸的相關理論，對機械波的傳輸現象進行論述。因此，機械波的衍射和干涉現象的MATLAB數值模擬探究，將以更加直觀、準確的方式，對機械波的傳輸軌跡進行解析。

參考文獻：

[1]陳曉燕，張小霞，張新華.MATLAB數值分析技術在丁壩建模中的應用[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）的數值模擬[J].教育教學論壇，2017（49）：193-195.

作者簡介：郭盼，男，籍貫：貴州畢節，1992年3月出生，學歷：本科。

通訊作者：王曉麗