基本介紹
- 中文名：波速
- 外文名：wave speed
- 定義：單位時間內波形傳播的距離
- 相關辭彙：波長、頻率
- 性質：描述波動的重要物理量
- 影響因素：媒質本身的彈性模量和密度
基本概念,變化特徵,測量,
基本概念
波速是指單位時間內一定的振動狀態所傳播的距離。由於波的某一振動狀態總是與某一相值相聯繫，或者說，單位時間內某種一定的振動相所傳播的距離，稱為波速。因此，對於單一頻率的波，波速又稱為相速。通常以c表示，國際單位是米/秒，符號為m/s。依照波不同特徵所定義而有不同的具體含義。單色波的波速c與波長λ、波源振動頻率f之間的關係為：c=λf。機械波的傳播速度大小完全取決於媒質本身的彈性性質和慣性性質，即決定於媒質的彈性模量和密度。在室溫下，聲波在空氣中的傳播速度約為340m/s；電磁波在真空中傳播的速度等於光速。
變化特徵
在岩石工程中，波速的高低及變化過程被看成是岩石完整性及其內部物理力學性質變化的反映，尤其是臨近破裂時波速的變化特徵，對於岩石破壞的預報有重要參考意義。
起初，大量的實驗研究結果表明：縱波波速隨應力的增加而增加。然而這一結論卻與岩石膨脹模型中破裂前由於微破裂的增加而密度減小，進而使波速下降的理論結果相互矛盾。隨著實驗方法和波速測量技術的改進，人們對岩石破裂過程中波速的變化規律有了更深入的了解。
測量
高溫高壓下地球內部物質的彈性波速測量是人們了解地球深部信息的重要手段，它常與地震觀測所獲得的波速資料相結合，為反演地球深部的礦物組成、化學成分、熱力學狀態和物質運移等提供重要約束。人們最早是在大腔體壓機中採用超聲測量技術，在樣品兩端安裝超聲信號發生和接收裝置，通過已知長度的樣品中聲波走時來求得波速。由於大腔體壓機獲得的壓力有限，要求實驗樣品的體積較大，且加溫加壓過程中樣品並不可見，樣品長度變化未知。因此，利用超聲法測量礦物的彈性波速存在較多的限制和較大的誤差。
金剛石壓砧（diamond anvil cell，DAC）的出現及光散射譜學的套用，為高溫高壓下彈性研究開啟了一個新的篇章：（1）金剛石加工和組裝的改進，使DAC所能獲得的壓力由數個GPa提高到目前的500GPa以上，結合紅外雷射加熱技術，實驗溫度亦可高達6000K；（2）墊圈的出現和傳壓物質的改進，使DAC產生的壓力越來越接近地球內部的真實的靜水壓力環境；（3）金剛石良好的光學性能，使得精密的光學分析技術在傳統的地學研究領域得到了廣泛的套用。
將光散射譜學與DAC技術相結合，可以解決礦物波速測量實驗中的三大關鍵問題：波速、溫度和壓力的測量與標定。通過布里淵散射頻移獲得礦物中的聲子信息，可求出波速大小；利用拉曼和螢光光譜的譜峰移動，可對樣品腔中的壓力進行標定；而黑體輻射光譜等則可以實時獲得樣品腔中的溫度。基於拉曼、布里淵散射和黑體輻射等光譜學分析技術建立起的高溫高壓彈性波速測量系統，已經成為地球深部物質彈性研究的重要手段。
