我們經常在太空電影中看到這樣的劇情

電影中太空人看著遠方的星球被隕石撞擊

產生刺眼的光線後

伴隨著巨大的聲響

但真實情況下確實如此嗎？

另外

你知道太空人穿上太空裝後大吼大叫的話

是有可能危及生命安全的嗎？

那原因是甚麼呢？

過去學到光是電磁波

不需要介質就可以傳播

甚至還可以在真空中傳播

在之前的學習中

我們也介紹過有些波動需要透過介質

才能將能量傳遞出去

像是繩波、水波

而介質只會在原地振動

而不會隨著波被傳遞出去

你有沒有想過

在日常生活中我們可以聽到鬧鐘鈴響

但若是把鬧鐘放在一個玻璃罐中

再慢慢將空氣抽離玻璃罩

會發生甚麼事呢？

先前我們學習到

繩波的傳遞

是藉由繩子在原地上下振動被傳遞出去

而繩波傳遞出去的是甚麼呢？

沒錯！

就是能量

而從鬧鐘實驗中

我們可以發現

隨著空氣被慢慢地抽離玻璃罐

鬧鐘的聲音會越來越小

甚至當我們盡可能地將玻璃罐中所剩空氣抽到所剩無幾時

我們根本聽不到鬧鐘的聲響

由此可知

聲音的傳遞是需要空氣作為介質

藉由空氣分子的振動被傳遞出去的

像繩波需要藉由繩子振動

以及聲波需要藉由空氣分子振動

這類需要介質才能傳遞的波

我們稱為力學波

類似像這樣的波動

有什麼特性呢？

同學們都有看時鐘的經驗吧！

秒針每轉一圈花多久時間呢？

沒錯！

60秒

因為秒針會規律性的轉一圈

而所花的時間60秒

我們就給它一個專有名詞

稱為「週期」

像單擺這樣來回性的擺動

也是一種規律的運動

單擺來回擺動一次所花的時間

就是它的週期

想像一下

你的手拉著繩子的一端

先向上拉到某個距離

接著再向下拉到原本位置後沒有停下

繼續往下拉到達同樣距離後再往上

過程中

你的手一直作規律性的上下振動

那繩子會發生甚麼事呢？

沒錯！

會產生這樣的波形呢！

而這樣有規律性振動的波

我們稱為週期波

原先沒有拉繩子時

繩子是平的

但當你開始拉著繩子有規律地上下振動時

就會產生這樣的週期波

而你的手往上提的幅度

就會顯示在波形的最高點

再往下拉動

波形會跑到最低點

這兩點與原先水平的繩子相比的垂直距離

我們稱為振幅

也就是振動的幅度

再來圖中同學們發現了嗎？

我們看到了有高有低的波形對吧！

這樣的圖形

就像山峰跟山谷的感覺

因此我們定義波形最高點為波峰

那最低點呢？

沒錯！就是波谷

當你的手「上下下上」的來回振動時

能量被傳遞出去

波形也被傳遞出去

當你的手完整「上下下上」振動一次所花的時間

我們稱為週期T

SI制單位為秒

其中

計算波源每一秒完整振動的次數

我們稱為頻率f

單位為秒分之一

也可以稱為赫茲

從單位中

你可以發現週期和頻率互為倒數

舉例來說

如果每秒可以製造5個波

就代表這個波的頻率是5赫茲

而波的週期就會是1/5秒

再來

當波傳遞時間為一個週期時所走的距離

我們稱為波長λ

最後

我們要怎麼計算波速大小呢？

我們知道速率等於距離除以時間

對波來說

每經過一個週期

波會推進多少距離？

很好

就是一個波長

接著只要套用距離除以時間的式子

我們就可以發現波速等於λ除以T

又週期跟頻率互為倒數

因此

我們可以把波速公式進一步改寫成v等於λf

前面我們學到

頻率就是每秒鐘振動的次數

所以從圖中我們可以發現

在相同時間內

A繩產生的波數比B繩多

代表在相同時間內

A繩振動次數比B繩多次

所以A繩頻率比B繩大

還記得我們片頭提到的問題嗎？

我們要來解答囉！

太空人會如何觀察到爆炸呢？

從前面你學習到聲音是力學波

是需要介質才能被傳遞出去的

而光是非力學波

即使沒有在真空中

沒有介質的情況下

仍然可以被傳遞出去

所以事實上

太空人在外太空

就像在看一部無聲電影一樣

他僅能看到遠方星球爆炸的光

卻不能聽到聲音

而先前影片中也提到

藉由波動可以傳遞能量

而能量被傳遞出去後就會衰減

那太空人在外太空講話

卻沒有介質可以把能量傳遞出去

則能量持續在附近震盪

那聲音產生的能量會作用回到自己身上

當太空罩中的太空人

接收到自身聲音的能量時

就很有可能會產生頭疼、眼暈等等症狀喔！

最後

我們來統整一下今天學到的知識吧！

力學波是因物質的振動而產生

必須靠介質才能傳播

因為週期性的來回運動所產生的波動

我們稱週期波

完整一次運動的時間

我們稱為週期

計算波源每秒鐘完整振動的次數

我們稱為頻率

而頻率跟週期互為倒數

我們定義下列這些跟波動有關的專有名詞

像是波長、振幅、波峰及波谷等

波傳遞的速率等於v

等於λ除以T

等於λf

對於同一條繩子而言

我們想要使繩子傳遞加快有辦法嗎？

甩更大力嗎？

每秒鐘振動更多次可以辦到嗎？

思考一下

我們用較大或較小的力甩動繩子

影響的是甚麼呢？

沒錯

當你甩大力是讓振幅變大

因此

改變力量量值會影響波的振幅大小

並不會改變波的傳遞速度

那讓每秒鐘振動次數增加

會影響甚麼呢？

當你每秒鐘振動更多次時

同一條繩子

同樣長度下產生的波形數目也變多

波長變小

因此改變振動的快慢程度

代表改變頻率

同時波長也跟著改變

並無法改變波的傳遞速度

波速是由介質狀態所決定的

當繩子不變時

波的速度就不會被改變

所以我們沒有辦法藉由改變振幅大小或振動頻率改變波速喔！

這樣你學會了嗎？

我們下次見囉

bye bye