图版 37 · 物质
两圈水波相遇时
往平静的水里扔两颗石子,两圈波纹向外扩散、相遇。它们不会撞碎,而是穿过彼此继续走。在相遇的地方,有的点被推得更高,有的点却几乎不动,水面上出现一条条安静的线。
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一圈圈往外走
石子落水,把水推开,一圈波纹从落点向外扩散。水并没有跟着往外流:每一点水只是在原地画小圈,往外走的是“波”。
仔细看会发现,一圈波纹里的小波峰,比整圈波纹跑得快:每个小波峰从这圈波纹的内侧冒出来,往前穿过它,在最外沿消失。这么短的水波,既被重力拉回去,也被水面张力拉回去;比 1.7 厘米还短的波纹,才主要靠水面张力。
清澈的浅水池 · 池底的亮纹是水面把阳光聚起来形成的
穿过彼此
扔下第二颗石子,两圈波纹相遇。它们不会像两个球那样撞开,而是互相穿过,各走各的,出来以后和原来一模一样。
在相遇的那一刻,水面的高低就是两圈波各自高低的和:波峰遇上波峰更高,波峰遇上波谷就抵消。
安静的线
如果两根手指一起、一下一下地点着水面,两边不停地发出波纹,水面上就会出现一条条几乎不动的线。
在这些线上,从两根手指传来的波,总是一个是波峰、另一个是波谷,正好抵消。两条线之间,两列波步调一致,起伏最大。这种图样叫作“干涉”。
池底的亮纹
池底那些晃动的亮纹,是阳光穿过起伏的水面时被折弯、聚在一起形成的。
物理课上的“波动演示槽”就用这个办法:从上面照灯,水波的样子就清清楚楚地投在下面。光也是一种波:让同一盏灯的光穿过两条很窄的缝,两部分光相遇,也会画出同样的明暗条纹。
你来试试
改变手指点水的快慢和两根手指的距离,看安静的线变多还是变少;再让两根手指错开半拍,看看会发生什么。
试一试打开“错开半拍”,两根手指正中间那条线会怎样?
模型省略了什么
水波按深水中的“毛细-重力波”计算,水面张力取 20°C 清水的数值。真实的水波会慢慢衰减,碰到池边还会反射回来,这里只是让它们逐渐变弱,没有画反射。波高放大了,好让起伏看得清楚;池底的亮纹也是根据水面形状近似算出来的。画面中的水波放慢到真实速度的四分之一,读数是真实数值。
一个常见的误解
水波往外走,水并没有往外流:一片漂在水上的叶子,会跟着画小圈:上去时往前,下来时往后,最后几乎回到原处,只被波带着往前挪了一点点。波传送的是起伏的“样子”和能量,不是水本身。两列波“抵消”的地方,水也没有消失,只是那一点两边的推拉正好平衡。

