Product Design, Manufacturing & Innovation Resources
بيت » معادلة الموجة (فيزياء)

معادلة الموجة (فيزياء)

1747
  • Jean le Rond d’Alembert
Jean le Rond d'Alembert developing the wave equation in a historical office setting.

(صورة توضيحية فقط)

A second-order linear hyperbolic partial differential equation that governs the propagation of various types of waves. In its simplest form, it is written as [latex]\frac{\partial^2 u}{\partial t^2} = c^2 \nabla^2 u[/latex], where [latex]u(\vec{x},t)[/latex] is the amplitude of the wave, [latex]c[/latex] is the wave speed, and [latex]\nabla^2[/latex] is the لابلاس operator. It models phenomena like vibrating strings, sound waves, and light waves.

The wave equation is the archetypal hyperbolic PDE. Unlike the heat equation, it is second-order in time, which gives rise to its oscillatory, wave-like solutions. The presence of the [latex]\frac{\partial^2 u}{\partial t^2}[/latex] term implies that acceleration is proportional to the local curvature of the function, a relationship characteristic of restorative forces like tension in a string. The constant [latex]c[/latex] represents the finite speed at which disturbances propagate through the medium.

A crucial feature of the wave equation is the principle of causality and finite propagation speed. A disturbance at a point [latex]\vec{x}_0[/latex] at time [latex]t_0[/latex] can only affect points [latex]\vec{x}[/latex] at a later time [latex]t[/latex] that are within a distance of [latex]c(t-t_0)[/latex]. This region is known as the ‘cone of influence’. Conversely, the value of the solution at [latex](\vec{x}, t)[/latex] depends only on the initial data within its ‘domain of dependence’. This contrasts sharply with the infinite propagation speed of the heat equation.

In one spatial dimension, the equation [latex]u_{tt} = c^2 u_{xx}[/latex] has a remarkably simple general solution, discovered by d’Alembert: [latex]u(x,t) = F(x-ct) + G(x+ct)[/latex]. This represents the superposition of two waves traveling in opposite directions with speed [latex]c[/latex]. The shapes of these waves, determined by the functions [latex]F[/latex] and [latex]G[/latex], are preserved as they propagate.

UNESCO Nomenclature: 1208
– Mathematical physics

يكتب

نظام مجرد

خلل

أساسيات

الاستخدام

استخدام واسع النطاق

مقدمات

  • newton’s laws of motion
  • hooke’s law for elastic forces
  • تطوير حساب التفاضل والتكامل والمشتقات الجزئية
  • studies of vibrating strings by brook taylor and johann bernoulli

التطبيقات

  • الصوتيات والهندسة الصوتية
  • الكهرومغناطيسية (انتشار الضوء والموجات الراديوية)
  • علم الزلازل لنمذجة الزلازل
  • ديناميكيات السوائل للموجات السطحية
  • النسبية العامة للموجات الثقالية

براءات الاختراع:

NA

أفكار ابتكارية محتملة

  • أنظمة إلغاء الضوضاء النشطة للمكاتب المفتوحة باستخدام التداخل الموجي التنبئي
  • العلاجات الطبية غير الجراحية باستخدام الموجات فوق الصوتية المركزة لتدمير الأورام
  • تقنيات التمويه القائمة على المواد الخارقة التي تنحني موجات الضوء حول الجسم
  • التصوير الزلزالي من الجيل التالي لاستكشاف الموارد
  • haptic feedback technology that simulates textures using surface صوتي waves
  • أنظمة الاتصالات تحت الماء باستخدام الموجات الصوتية المعدلة
  • LiFi (تقنية الاتصالات اللاسلكية عالية السرعة)
  • النمذجة التنبؤية للانفجارات الشمسية وتأثيرها الكهرومغناطيسي على الأرض
Related to: wave equation, hyperbolic pde, d’alembert’s formula, wave propagation, acoustics, electromagnetism, speed of light, mathematical physics.

السياق التاريخي

معادلة الموجة (فيزياء)

150
1640
1650
1747
1758
1777
1799
-550
1635
1650
1736
1750
1763-12-23
1780
1805

(إذا كان التاريخ غير معروف أو غير ذي صلة، على سبيل المثال "ميكانيكا الموائع"، يتم توفير تقدير تقريبي لظهوره الملحوظ)

أحدث الإضافات

أهم المنشورات والمقالات

أفضل الأدوات الأصلية

السنة العاشرة عيد

الصور والتنزيلات بالحجم الكامل متاحة فقط، ومجانية تمامًا، للأعضاء المسجلين.