Fale podłużne, różnice, przykłady

Fale wzdłużne Objawiają się w materiałach, w których cząsteczki oscylują równolegle do kierunku, w którym fala porusza się. Jak zostanie docenione na poniższych obrazach. To jest jego charakterystyczna cecha.

Fale dźwiękowe, niektóre fale, które pojawiają się podczas trzęsienia ziemi i te, które występują w Slinky Lub sprężyna, gdy nadaje się niewielki impuls w tym samym kierunku jego osi, są dobrymi przykładami tego rodzaju fal.

Rysunek 1. Dźwięk to fala podłużna, która wytwarza kolejne uciśnienia i rozszerzenia w powietrzu. Źródło: Wikimedia Commons. Pluke [CC0]

Dźwięk występuje, gdy obiekt jest wibrujący (taki jak podstrunnica na figurze, instrument muzyczny lub po prostu sznurki wokalne) w medium zdolnym do przekazywania zakłóceń przez wibracje jego cząsteczek. Powietrze jest odpowiednim środkiem, ale także ciecze i stałe.

Zaburzenie wielokrotnie modyfikuje ciśnienie i gęstość medium. W ten sposób fala wytwarza uciśnięcia i rozszerzenia (rzadkie czynności) w cząsteczkach pożywki, ponieważ energia jest wypierana z pewną prędkością v.

Te zmiany ciśnienia są postrzegane przez ucho przez wibracje w błony bębenkowej, że sieć nerwowa jest odpowiedzialna za transformację drobnych prądów elektrycznych. Po dotarciu do mózgu interpretuje je jako dźwięki.

W fali podłużnej wywoływany jest wzór, który jest ciągle powtarzany cykl, A jego czas trwania to okres fali. Jest też amplituda, która jest maksymalną intensywnością i jest mierzona zgodnie z wielkością, która jest traktowana jako odniesienie, w przypadku dźwięku może to być zmiana ciśnienia w medium.

Kolejnym ważnym parametrem jest długość fali: Odległość między dwoma uciśnieniami lub kolejnymi rozszerzeniami, patrz rysunek 1. W systemie międzynarodowym długość fali mierzy się w metrach. Wreszcie jest jego prędkość (w metrach /drugie dla systemu międzynarodowego), który wskazuje, jak szybko rozprzestrzenia się energia.

[TOC]

Jak tam fale podłużne w falach morskich?

W ciele wodnym fale są wytwarzane przez wiele przyczyn (zmiany ciśnienia, wiatry, interakcje grawitacyjne z innymi gwiazdami). W ten sposób fale morskie można zaklasyfikować jako:

- Fale wiatru

Może ci służyć: wzajemna indukcyjność: wzór/współczynnik, zastosowania, ćwiczenia

- Przypływy

- Tsunamis

Opis tych fal jest dość złożony. Ogólnie rzecz biorąc, w głębokiej wodzie fale poruszają się podłużnie, wytwarzając uciśnie i okresowe rozszerzenia medium, jak opisano na początku.

Jednak na powierzchni morza rzeczy są nieco inne, ponieważ rozmawiają tam połączenia powierzchowne fale, które łączą cechy fal podłużnych i fal poprzecznych. Dlatego fale poruszające się w głębokości środowiska wodnego różnią się znacznie od tych, które robią to powierzchownie.

Drewno unoszące się na powierzchni morskiej ma rodzaj ruchu huśtawkowego lub miękkiego. Rzeczywiście, gdy fale pękają na wybrzeżu, są podłużnymi składnikami fali, która dominuje, a gdy drewno reaguje na ruch otaczających go cząsteczek wody, obserwuje się również, że przychodzą i wychodzą na powierzchnię.

Rysunek 2. Fale morskie na powierzchni to fale, które częściowo mają charakterystykę fal podłużnych i częściowych. Źródło: Źródło: vargklo w In IN.Wikipedia [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licencje/by-sa/3.0/]]

Związek między głębokością a długością fali

Czynniki określające rodzaj fali, która występuje, to: głębokość wody i długość fali fali morskiej.  Jeśli na głębokości wody w danym punkcie jest to nazywane D, A długość fali wynosi λ, fale przechodzą od podłużnego do powierzchownego, kiedy:

D < λ/2

Na powierzchni cząsteczki wody nabierają ruchy obrotu, które tracą wraz ze wzrostem głębokości. Pocieranie wody tłem sprawia, że ​​orbity te stają się eliptyczne, jak pokazano na rycinie 2.

Na plażach wody w pobliżu brzegu są bardziej niespokojne, ponieważ łamie fale, cząstki wody hamują na dnie, co sprawia, że ​​więcej wody gromadzi się w grzbietach. Zamiast tego na głębszych wodach postrzegane jest, gdy fale są zmiękczone.

Kiedy d >> λ/2  Mają głębokie fale wody lub Krótkie fale, Orbity okrągłe lub eliptyczne zmniejszają wielkość i fale podłużne dominują. I jeśli D << λ/2  Fale to wody powierzchniowe lub Długie fale.

Różnice z falami krzyżowymi

Zarówno fale podłużne, jak i poprzeczne należą do kategorii Fale mechaniczne, które wymagają materialnego medium do propagacji.

Może ci służyć: siła elektromotoryczna

Największe rozróżnienie między nimi wspomniano na początku: w falach poprzecznych cząstki pożywki przesuwają się prostopadle do kierunku propagacji fali, podczas gdy w podłużnych oscylują w tym samym kierunku, a następnie zakłócenie. Ale istnieją bardziej charakterystyczne cechy:

Więcej różnic między falami poprzecznymi i podłużnymi

- W fali krzyżowej wyróżniają się grzbiety i doliny, co w podłużnych jest równa.

- Inna różnica polega na tym, że fale podłużne nie są spolaryzowane, ponieważ kierunek prędkości fali jest taki sam jak ruch cząstek oscylacyjnych.

- Fale poprzeczne mogą rozprzestrzeniać się w dowolnym medium, a nawet pustym, na przykład fale elektromagnetyczne. Z drugiej strony wewnątrz płynów, pozbawione sztywności, cząstki nie mają innej możliwości niż zsuwanie się ze sobą i poruszanie.

W konsekwencji fale powstały w środku mas oceanicznych i atmosferycznych są podłużne, ponieważ fale poprzeczne wymagają wystarczających środków, aby umożliwić charakterystyczne ruchy prostopadłe.

- Fale wzdłużne powodują zmiany ciśnienia i gęstości na środku, przez które propagują się. Z drugiej strony fale poprzeczne nie wpływają na środowisko w ten sposób.

Podobieństwa między falami podłużnymi i poprzecznymi

Wspólnie mają te same części: okres, amplituda, częstotliwość, cykle, faza i prędkość. Wszystkie fale doświadczają odbicia, refrakcji, dyfrakcji, interferencji i efektu Dopplera oraz energii transportu przez medium.

Nawet gdy grzbiety i doliny są charakterystyczne dla fali poprzecznej, uciski w fali wzdłużnej są analogiczne do grzbietów i rozszerzeń do dolin, dzięki czemu obie fale dopuszczają ten sam matematyczny opis fali sinusowej lub sinusoidalnej.

Przykłady fal podłużnych

Fale dźwiękowe są najbardziej typowymi falami podłużnymi i należą do najbardziej badanych, ponieważ są podstawą komunikacji i ekspresji muzycznej, powód ich znaczenia w życiu ludzi. Ponadto fale dźwiękowe mają ważne zastosowania w medycynie, zarówno diagnostyczne, jak i leczone.

Technika ultradźwięków jest dobrze znana z uzyskiwania obrazów medycznych, a także leczenia kamieni nerkowych, między innymi. Ultradźwięki jest generowane przez kryształ piezoelektryczny zdolny do tworzenia wzdłużnej fali ciśnieniowej po zastosowaniu pola elektrycznego (wytwarza również prąd po przyłożeniu ciśnienia).

Może ci służyć: Darcy Law

Naprawdę zobaczyć, czym jest fala podłużna, nic lepszego niż sprężyny helikalne lub Slinkys. Dając niewielki impuls wiosnie. Natychmiast obserwowanie, jak uciski i rozszerzenia rozprzestrzeniają się naprzemiennie w zakrętach.

- Fale sejsmiczne

Fale wzdłużne są również częścią ruchów sejsmicznych. Trzęsienia ziemi składają się z różnych rodzajów fal, wśród których są fale str lub podstawowe i fale s lub wtórne. Pierwsze to podłużne, podczas gdy w drugiej cząstki pożywki wibrują w kierunku poprzecznym do przesunięcia fali.

W trzęsieniach ziemi znajdują się zarówno fale podłużne (fale pierwotne P), jak i poprzeczne (fale wtórne), jak i inne typy, takie jak fale rayleight i miłość, powierzchowne.

W rzeczywistości fale podłużne są jedynymi znanymi, mogą podróżować przez centrum ziemi. Ponieważ te poruszają się tylko w płynnych lub gazowych mediach, naukowcy uważają, że rdzeń Ziemi składa się głównie z żeliwa.

- Ćwiczenie aplikacyjne

Fale P i fale S wytwarzane podczas trzęsienia ziemi do różnych prędkości na Ziemi, więc ich czas przybycia na stacje trzęsienia ziemi są różne (patrz ryc. 3). Dzięki temu można określić odległość do epicentrum trzęsienia ziemi, przez triangulację, przy użyciu trzech lub więcej danych stacji.

Rysunek 3. Fale sejsmiczne P i S osiągają sejsmografie o różnych czasach, ponieważ ich prędkości są różne. Źródło: Wikimedia Commons.

Załóżmy, że v_P = 8 km/s to prędkość fal p, podczas gdy prędkość fal W wynosi v_S = 5 km/s. Fale P przybywają 2 minuty przed pierwszymi falami. Jak obliczyć odległość od epicentrum?

Odpowiedź

Być odległością między epicentrum a stacją sejsmologiczną. Z dostarczanymi danymi to czas podróży t_P oraz T_S każdej fali:

v_P = D/ t_P

v_S = D/ t_S

Różnica polega na δt = t_S - T_P:

ΔT = D/ V_S - D/ v_P = D (1/ v_S  - 1/ v_P)

Oczyszczanie wartości D:

 D = δT / (1 / v_S  - 1/ v_P) = (ΔT . v_P. v_C ) /(V_P - v_C)

Wiedząc, że 2 minuty = 120 sekund i zastąpienie reszty wartości:

D = 120 s. (8 km /s . 5 km/s)/(8 - 5 km/s) = 1600 km.

Bibliografia

1. Różnica między falami poprzecznymi i podłużnymi. Odzyskane z: Physicsabout.com.
2. Figueroa, zm. 2005.Fale i fizyka kwantowa. Seria fizyczna dla nauki i inżynierii. Tom 7. Pod redakcją Douglas Figueroa. Uniwersytet Simon Bolivar. 1-58.
3. Infrasonic i ultradźwięki. Odzyskane z: LPI.Teren.winogrono.Jest
4. Rex, a. 2011. Podstawy fizyki. osoba. 263-286.
5. Russell, zm. Ruch wzdłużny i fali poprzecznej. Odzyskane z: ACS.PSU.Edu.
6. Fale wodne. Odzyskane z: Labman.Phys.UTK.Edu.