弦没有停下来,能量也没有消失

把同一个模态看成一只简谐振子:形变最明显时,动能未必最大。调节初速度,看看总能量和热方程的对照曲线分别怎样变化。

弦的位移

波动 u热方程 v

横轴是 x/L;两端位移均为 0。

弦的速度

它是 uₜ,不是波速 c。位移曲线近乎为零时,弦仍可能运动得很快。

动能与势能交换

K 动能V 势能E 总能量

点选曲线上的时刻,或聚焦后用左右键移动时间。

每个模态的能量账本

每根柱子的总高不变,青绿部分是 Kₙ,锈色部分是 Vₙ。

ωₙ = nπc/L;yₙ = Aₙ cos(ωₙt) + (Gₙ/ωₙ) sin(ωₙt)
K = ρL/4 · Σ(y′ₙ)²;V = TL/4 · Σ(nπ/L)²yₙ²

初位移和初速度分别指定

Aₙ 是初位移的正弦系数;Gₙ 是初速度的正弦系数。两个系数都有符号,能量则非负。

长度、介质和热扩散率

线密度为 ρ,张力随参数保持 T=ρc²。热对照使用相同 Aₙ:v=Σ Aₙ exp[−κ(nπ/L)²t] sin(nπx/L),不使用 Gₙ。