Wednesday, December 12, 2012

球面波方程的形式不随空间坐标系统的转动而变化,所以可以将它写成仅与距源点距离r 相关的函数。方程的三维形式,我们生活的空间是三维的,所以我们可以清晰地通过声波和电磁波(都属于球面波)来互相交流

标量形式的三维波动方程
三维波动方程初值问题的解可以通过求解球面波波动方程得到。求解结果可用于推导二维情况的解。

[编辑] 球面波

球面波方程的形式不随空间坐标系统的转动而变化,所以可以将它写成仅与距源点距离r 相关的函数。方程的三维形式为:
 u_{tt} - c^2 \left( u_{rr} + \frac{2}{r} u_r \right) =0. \,
将方程变形为:
 (ru)_{tt} -c^2 (ru)_{rr}=0; \,
此时,因变量ru 满足一维波动方程,于是可以利用达朗贝尔行波法将解写成:
 u(t,r) = \frac{1}{r} F(r-ct) + \frac{1}{r} G(r+ct), \,
其中FG 为任意函数,可以理解为以速度c 从中心向外传播的波和从外面向中心传播的波。这类从点源传出的波强度随距点源距离r 衰减,并且属于无后效波,可以清晰地搭载信号。这种波仅在奇数维空间中存在(原因将在下一小节中详细解释)。幸运的是,我们生活的空间是三维的,所以我们可以清晰地通过声波和电磁波(都属于球面波)来互相交流。

No comments:

Post a Comment