Fale powierzchniowe, typy i przykłady

powierzchowne fale Są to te, w których wibrujące cząstki mają ruch dwukierunkowy, takie jak fale, które występują, gdy kamień wpada do stawu lub jeziora.

Ten typ fali jest wytwarzany w interfejsie między dwoma różnymi środkami, takimi jak ocean i powietrze, lub między powierzchnią ziemi i powietrza. Są to fale, w których cząsteczki doświadczają przesunięć poprzecznych w połączeniu z podłużnym, to znaczy dwukenowe.

Rysunek 1. Powierzchowne fale w stawie. Źródło: Pixabay.

Na przykład cząstki wody na powierzchni oceanicznej - fale - ruch opisujący trajektorie okrągłe. Podczas łamania fal na brzegu dominują przemieszczenia podłużne i dlatego glony lub kawałek drewna, który płynie delikatnie od przodu do tyłu.

Na powierzchni Ziemi fale poruszają się również analogicznie do fal morza. Podróżują z niższą prędkością niż fale, które przesuwają się wewnętrznie przez objętość lądową, ale są w stanie łatwiej wywołać rezonans w budynkach.

Ponieważ fale wytwarzają wibracje i transport energii, mają destrukcyjne skutki podczas trzęsień ziemi.

Rysunek 2. Fale powierzchniowe w oceanie. Cząstki wody poruszają się w harmonogramie, gdy ruch fali jest od lewej do prawej. W najwyższym punkcie znajdują się na grzebieniu falowym, podczas gdy najniższy punkt nazywa się kanałem. Źródło lewego rysunku: F. Zapata. Źródło prawej figury: Giambattista, a. 2010. Fizyka. 2. Wydanie. McGraw Hill.

[TOC]

Rodzaje powierzchniowych fal

Każdy rodzaj fali, niezależnie od tego, czy powierzchowne, jest rozwiązaniem równania falowego, które dotyczy prawie każdego rodzaju ruchu wsteczowego, nie tylko mechanicznego, takiego jak opisane przykłady, ale także fal elektromagnetycznych, które są innym rodzajem fale, ponieważ są poprzeczne.

Równanie fali, które uzyskuje się, biorąc pod uwagę drugie prawo Newtona, jest napisane w ten sposób:

Gdzie ∇ symbolizuje Operator Laplacian, które można wyrazić w następujący sposób w prostokątnych współrzędnych:

Może ci służyć: współczynnik Poissona: współczynnik, wzory, wartości, przykłady

W poprzednim równaniu, Lub Jest to funkcja fali, która zależy od trzech współrzędnych przestrzeni X, I I z Więcej czasu T: u = u (x, y, z, t). Oprócz v Jest to szybkość zakłóceń. Równanie fali można podnieść w innych układach współrzędnych w zależności od wymaganej geometrii.

Aby znaleźć rozwiązanie równania, jest to zgodne z warunkami problemu, w których na przykład geometria jest ograniczona i ustalono właściwości środowiska, przez.

Istnieje wiele rodzajów powierzchniowych fal, takich jak:

-Fale grawitacyjne (Fale grawitacyjne) Jak fale oceaniczne opisane na początku, w których grawitacja zapewnia siłę odbudowującą, która umożliwia ruch poprzeczny.

-Powierzchowne fale w stawie, oto napięcie powierzchniowe wody, które wywiera się jako siła odbudowująca.

-Powierzchowne fale sprężyste, które poruszają się na powierzchni ziemi podczas trzęsienia ziemi.

-Fale elektromagnetyczne, które pomimo bycia poprzecznych, można odpowiednio kierować się, aby poruszać się po powierzchni.

-Niektóre rodzaje fal występujących na strunach gitary, gdy sznurki są twarde.

Powierzchowne elastyczne fale na powierzchni ziemi

Rysunek 3. Powierzchowna fala na powierzchni Ziemi. Ruch cząstek jest kombinacją przesunięć poprzecznych i podłużnych. Źródło: Giambattista, a. 2010. Fizyka. 2. Wydanie. McGraw Hill.

Podczas rozwiązywania równania fali rozwiązania, jak powiedzieliśmy, odpowiadają różnym rodzajom fal. Kiedy zakłócenia porusza się w solidnym medium, takim jak skorupa Ziemi, możliwe jest przyjęcie pewnych założeń na ten temat, które upraszczają proces.

Dlatego uważa się, że medium jest Idealnie elastyczne, jednorodny I izotropowy, co oznacza, że ​​jego właściwości są takie same, niezależnie od pozycji lub adresu.

Mając to na uwadze, dwa roztwory równań falowych w elastycznym pożywce odpowiadają powierzchniowym falom:

Może ci służyć: azotek boru (BN): Struktura, właściwości, uzyskiwanie, użycia

-Rayleight Waves, nazwany na cześć lorda Rayleight (1842–1919), brytyjskiego fizyka, który ich pierwszy opisał.

-Fale miłosne, autor Augustus Love, British Geofizycal and Mathematic.

W sejsmice fale te są nazywane fale l, Aby odróżnić je od fal p i fal S, oba rozważane fale głośności (Fale ciała) że są również rozwiązaniem równania fali z warunkami opisanymi powyżej. Fale P są podłużne, a fale S są poprzeczne.

Przykłady powierzchniowych fal

Fale Rayleight

W fali Rayleight cząstki cząstek fali wibrują w płaszczyźnie pionowej, dlatego mówi się, że są one spolaryzowane pionowo. Cząstki poruszają się opisując elipsę, w przeciwieństwie do fal na powierzchni oceanu, których ruch jest okrągły, jak stwierdzono na początku (chociaż w pobliżu wybrzeża są raczej eliptyczne).

Główna oś elipsy jest pionowa, a niewielka oś jest zgodna z kierunkiem propagacji, jak można zobaczyć na rysunku. Tam jest również ostrzegane, że ruch jest wsteczny, to znaczy odbywa się wbrew igieł zegarowy.

Rysunek 4. Fala Rayleight. Źródło: Lowrie, W. 2007. Podstawowa geofizyka. 2. Wydanie. Cambridge University Press.

Inną ważną różnicą w przypadku fal wodnych jest to, że fale Rayleight mogą rozprzestrzeniać się tylko w litych mediach, ponieważ istnieje siła ścinająca, która nie występuje w cieczach.

Amplituda przemieszczenia cząstek zmniejsza się wykładniczo wraz z głębokością, ponieważ fala ogranicza się do powierzchni, chociaż jest trzęsieniem ziemi o dużej intensywności, fale mogą obracać się wokół ziemi kilka razy.

Może ci służyć: Bilans translacyjny: określanie, aplikacje, przykłady

Fale miłosne

W miłości falą cząstki są spolaryzowane poziomo i mają dużą amplitudę ruchu równolegle do powierzchni. Poruszają się z nieco niższą prędkością niż fale Rayleight, chociaż prędkość w tego typu fali zależy od długości fali (fala dyspersyjna).

Aby te fale rozprzestrzeniały się na środku. Podobnie jak fale rayleight, fale miłosne wytwarzane podczas trzęsienia ziemi mogą kilkakrotnie zwrócić ziemię, zanim rozproszyj swoją energię.

Rysunek 5. Fale miłosne. Źródło: Wikimedia Commons. Nicoguaro [CC przez 4.0 (https: // creativeCommons.Org/licencje/według/4.0)]

Rolka naziemna

Często można znaleźć ten wariant fal Rayleight, zwany Rolka naziemna, W sejsmicznych rekordzie eksploracji. Jest uważany za hałas i musisz go unikać, ponieważ ze względu na jego wielką szerokość, czasem odbicia, które można zobaczyć Masca.

Fale oceaniczne

Na wielkiej głębi fale oceaniczne są falami podłużnymi, takimi jak dźwięk. Oznacza to, że jego adres propagacji jest taki sam jak kierunek, w którym wibrują cząsteczki.

Jednak fala, w pobliżu powierzchni, ma zarówno składniki podłużne, jak i poprzeczne, powodując, że cząsteczki opisują niemal okrągłą trajektorię (patrz ryc. 2 po prawej).

Rysunek 6. Fale morza są powierzchownymi falami. Źródło: Pixabay.

Bibliografia

1. Figueroa, zm. 2005. Fale i fizyka kwantowa. Seria fizyczna dla nauki i inżynierii. Edytowane przez d. Figueroa.
2. Giambattista, a. 2010. Fizyka. McGraw Hill.
3. Lowrie, w. 2007. Podstawowa geofizyka. 2. Wydanie. Cambridge University Press.
4. Wikipedia. Fale miłosne. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org.
5. Wikipedia. Fale Rayleight. Odzyskane z: jest.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Fale powierzchniowe. Źródło: w:.Wikipedia.org.