探究机械波的衍射和干涉现象的MATLAB数值模拟

摘要：机械波的衍射和干扰现象，是常见的波传输问题，也是机械波检验分析的主要内容。基于此，本文结合机械波的衍射和干扰现象的理论，着重运用MATLAB数值模拟，对机械波的两种传输状态进行论述，以实现机械波检验综合分析，物理动能准确探究的目的。

关键词：机械波；衍射和干涉；MATLAB数值模拟

引言：

MATLAB数值模拟，是以计算机为基础的数据运算方式。它充分借助自动化程序，构建信息检测、预算的程序，将实际检测中，精确度要求较高、实践分析效果较好的信息，都运用程序内容进行内容整合，以辅助人们对目标操作的具体判断，而运用MATLAB数值模拟对机械波模拟分析，能够以更加精确的视角，解析波的传播轨迹。

一、机械波的衍射和干涉现象

机械波衍射现象，是指波按照设定轨道传输过程中，受到传播中介的干扰，导致波在传播过程中，产生了新的传输轨迹的情况。此时，波会绕过中介干扰物质，向着新的方向转换。而机械波干涉现象，是指波在传播过程中，遇到了与当前波传播频率相同，传统行列相似状况，此时主体传输波，就会受到干扰，导致其传输波传输频率发生变化，或者波传输的角度发生转变的情况。

当机械波出现衍射或者干涉的情况时，原有的信号波传输，将出现波传输频率、角度、分震动、合振动之间的变化，如果设定原始机械波的传输为A，则衍射后的波变化则是B，干涉后的波传输为C。三者之间的变化，虽然初始波与新波之间有着相似或者相同的情况，但大部分机械波结构，都已经发生了变化[1]。

二、MATLAB数值模拟解析机械波的衍射和干涉现象

（一）MATLAB数值模拟解析机械波的衍射现象

MATLAB数值模型，将生活中许多现象，都通过程序数据整合的方式，形成更为清晰的数据理论，而机械波在传输过程中，以肉眼对其衍射的变化观察的并不清晰，尤其是出现小距离，如毫米一样的轨迹变化时，我们无法精确的对其进行判斷。由此，我们在实际分析过程中，除了直接运用MATLAB程序，对机械波的传输过程进行跟踪监测，也通过机械波传输值为未知数，观察机械波传输振动、角度、频率等环节的变化。

我们从MATLAB数值模拟解析机械波实践层面进行论述，本次MATLAB数值模拟时，共计实行三次波传输，第一次机械波为X1，第二次为X2，第三次为X3。机械波的初期分析时，第一次机械波传输的角度为30°，第二次为45°，第三次60°。然后按照公式μ（X）=Acos[ω（t-r/u）+Φ]计算，其中Φ为出相，A为振幅，ω为角频率，u为波速，分别对机械波动的传输进行计算。最后判定X1的传输为小孔直接等于波长，X2的小孔直径小于模波长，X3为小孔直径大于波长。我们初步判断，X1在传输过程中，并未发生衍射的情况；而X2在传输的过程中，受到了较大的空间阻挡物，造成机械波传输时，将大部分波折射会发射点，只有一小部分波实现了离散性传输；而X3在传输过程中，虽然受到了障碍物，但其传输时，在障碍物的机械波传输部分，重新寻找到了机械波传输的新渠道，因此，其光波以其他传输渠道传输结构中，也实现了机械波传输[2]。

由此，我们将本次分析情况进行归纳：机械波在传输过程中，无论机械波的传输波长如何变化，机械波都有发生衍射的现象，且当波长较长时，机械波的衍射情况更加明显。

（二）MATLAB数值模拟解析机械波的干涉现象

设定机械波MATLAB数值模拟，运用现代数据中信息处理方式，本次机械波从点状振动源入手，设定挡板与波源之间的距离为H，本次数值的分析切分为：（Y1，Z1）、（Y2，Z2）、（Y3，Z3）。Y1的波长为10，Y2为15，Y3为20。按照μ（r，t）= Acos（ωt+ρ2πr/λ）计算，其中A为波所在点，ρ为振幅，r为半径。

以上检测数据，对机械波的传输结果分析为：（Y1，Z1）机械波传输过程中，波峰与波谷相互重合，此时波传播的振动始终保持加强变化的趋向；而（Y2，Z2）波传播的过程中，波峰与波谷重合，但振动始终处于减弱状态，两条波的合振变化的幅度较小；而（Y3，Z3）的波传播过程中，干涉波的峰值峰谷的波动较大，此时，两条机械波合并传输过程中，干涉波的传输强度更大，但原始机械波也存在与干涉波相互抵消的情况。

由此，我们运用MATLAB数值模拟，对机械波的干涉现象进行分析后，得到的结论为：当机械波传输的原始波强度较大，则机械波发生干涉现象时，原始光波依旧能够保持机械波的传输强度。当干涉波与原始数据波之间的关系相互适应时，则干涉波的传输干扰增强，最后传输节点上的波，则是干扰变化的波。当机械波在传输过程中，遇到干扰光波时，原始光波也会直接进行进行光波合并，从而减少干涉波对原始光波的影响。

也就是说，机械光波出现干扰现象，距离越近，对原始波的影响也越大，机械波能够在一定范围之内，自主对外部波进行合并，保障原始波传输的稳定性。

结论：

综上所述，探究机械波的衍射和干涉现象的MATLAB数值模拟，是大学物理理论知识解读的主要手段，在大学物理知识的整合和解析提供了更专业的分析视角。在此基础上，运用光波传输的效果、中介变化情况，对机械波的衍射和干涉现象进行探究，并运用MATLAB数值模拟的方式，设定机械波传输的相关理论，对机械波的传输现象进行论述。因此，机械波的衍射和干涉现象的MATLAB数值模拟探究，将以更加直观、准确的方式，对机械波的传输轨迹进行解析。

参考文献：

[1]陈晓燕，张小霞，张新华.MATLAB数值分析技术在丁坝建模中的应用[J].东北水利水电，2018，36（01）：54-57.

[2]王红兵.基于Matlab的静电场电场线和等势线（面）的数值模拟[J].教育教学论坛，2017（49）：193-195.

作者简介：郭盼，男，籍贯：贵州毕节，1992年3月出生，学历：本科。

通讯作者：王晓丽