IŠILGINĖS BANGOS: CHARAKTERISTIKOS, SKIRTUMAI, PAVYZDŽIAI - FIZINIS - 2025

Kad išilginė banga yra pasireiškia medžiagų priemonėmis, kurioje dalelės svyruoti lygiagrečiai kryptimi bangų keliauja. kaip bus matyti kituose vaizduose. Tai yra jo skiriamasis bruožas.

Garso bangos, tam tikros bangos, atsirandančios žemės drebėjimo metu, ir tos, kurios sklinda slinkus ar pavasarį, kai jam duodamas mažas impulsas ta pačia ašies kryptimi, yra geri šios bangos klasės pavyzdžiai.

1 pav. Garsas yra išilginė banga, sukelianti ore vienas po kito einančius suspaudimus ir išsiplėtimus. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. Pluke

Garsas skleidžiamas, kai daiktas (pvz., Figūros melodinė šakutė, muzikos instrumentas ar tiesiog balso stygos) yra vibruojamas terpėje, galinčioje perduoti trikdžius per savo molekulių vibraciją. Oras yra tinkama terpė, bet taip pat yra skysčių ir kietų medžiagų.

Trikdymas pakartotinai keičia terpės slėgį ir tankį. Tokiu būdu banga sukuria suspaudimus ir išsiplėtimus (retifaktus) terpės molekulėse, nes energija juda tam tikru greičiu v .

Šiuos slėgio pokyčius ausis suvokia per virpesius ausies ausyje, o nervų tinklas yra atsakingas už virsmą mažytėmis elektros srovėmis. Pasiekęs smegenis, jis jas interpretuoja kaip garsus.

Išilginėje bangoje modelis, kuris nuolat kartojasi, vadinamas ciklu, o jo trukmė - bangos periodu. Taip pat yra amplitudė, kuri yra didžiausia intensyvumas ir kuri matuojama pagal dydį, kuris laikomas atskaitos tašku. Garso atveju tai gali būti slėgio kitimas terpėje.

Kitas svarbus parametras yra bangos ilgis: atstumas tarp dviejų nuoseklių suspaudimų ar išplėtimų, žr. 1 paveikslą. Tarptautinėje sistemoje bangos ilgis matuojamas metrais. Pagaliau yra jo greitis (tarptautinei sistemai metrais per sekundę), kuris rodo, kaip greitai sklinda energija.

Kaip vandenyno bangose ​​atsiranda išilginės bangos?

Vandens telkinyje bangas sukelia kelios priežastys (slėgio pokyčiai, vėjai, gravitacinė sąveika su kitomis žvaigždėmis). Tokiu būdu jūrų bangas galima suskirstyti į:

- Vėjo bangos

- Potvyniai

- Cunamis

Šių bangų aprašymas yra gana sudėtingas. Paprastai giliuose vandenyse bangos juda išilgai, todėl terpė suspaudžiama ir plečiama, kaip aprašyta pradžioje.

Tačiau jūros paviršiuje viskas šiek tiek skiriasi, nes ten vyrauja vadinamosios paviršiaus bangos, jungiančios išilginių ir skersinių bangų ypatybes. Todėl bangos, kurios juda vandens aplinkos gelmėse, labai skiriasi nuo bangų, kurios juda vandens paviršiuje.

Jūros paviršiuje plūduriuojantis rąstas juda savotiškai. Iš tiesų, kai bangos lūžta ant kranto, vyrauja išilginės bangos sudedamosios dalys, o rąstas reaguoja į jį supančių vandens molekulių judėjimą, taip pat stebimas, kaip jis eina ir eina į paviršių.

2 pav. Jūros bangos paviršiuje yra bangos, kurios iš dalies turi išilginių bangų charakteristikas ir iš dalies skersines. Šaltinis: Šaltinis: Vargklo at en.wikipedia

Ryšys tarp gylio ir bangos ilgio

Kuriamos bangos tipą lemia šie veiksniai: vandens gylis ir jūros bangos ilgis. Jei vandens gylis tam tikrame taške vadinamas d, o bangos ilgis yra λ, bangos pereina iš išilginės į paviršutiniškas, kai:

Paviršiuje vandens molekulės įgyja sukimosi judesius, kuriuos praranda didėjant gyliui. Dėl vandens masės trinties su dugnu šios orbitos tampa elipsės formos, kaip parodyta 2 paveiksle.

Paplūdimiuose vanduo šalia kranto yra neramus, nes ten bangos lūžta, vandens dalelės sulėtėja dugne ir dėl to daugiau vandens kaupiasi ant keterų. Kita vertus, gilesniuose vandenyse suvokiama, kaip bangos suminkštėja.

Kai d >> λ / 2 turime giluminio ar trumpojo bangos bangas, žiedinės ar elipsės formos orbitos mažėja ir vyrauja išilginės bangos. Ir jei d << λ / 2, bangos yra iš paviršinių vandenų arba ilgųjų bangų.

Skirtumai su šlyties bangomis

Tiek išilginės, tiek skersinės bangos priklauso mechaninių bangų kategorijai, kuriai sklisti reikalinga materiali terpė.

Svarbiausias skirtumas tarp šių dviejų buvo paminėtas pradžioje: skersinėse bangose ​​terpės dalelės juda statmenai bangos sklidimo krypčiai, o išilginėse bangose ​​jos virpa ta pačia kryptimi, po kurios vyksta trikdžiai. Tačiau yra ir daugiau skiriamųjų bruožų:

Daugiau skirtumų tarp skersinių ir išilginių bangų

- Skersinėje bangoje išskiriami įdubimai ir slėniai, kurie išilginiuose yra lygiaverčiai suspaudimams ir išsiplėtimams.

- Kitas skirtumas yra tas, kad išilginės bangos nėra poliarizuotos, nes bangos greičio kryptis yra tokia pati kaip virpesių dalelių judėjimo kryptis.

- Skersinės bangos gali sklisti bet kurioje terpėje ir netgi vakuume, pavyzdžiui, elektromagnetinėse bangose. Kita vertus, vidiniuose skysčiuose, neturinčiuose tvirtumo, dalelės neturi kito pasirinkimo, kaip tik slidinėti pro kitas ir judėti taip, kaip trikdžiai, ty išilgai.

Dėl to bangos, kilusios iš vandenyno ir atmosferos masių vidurio, yra išilginės, nes skersinėms bangoms reikia pakankamai tvirtos terpės, kad būtų galima atlikti būdingus statmenus judesius.

- Išilginės bangos sukelia slėgio ir tankio pokyčius terpėje, per kurią jos sklinda. Kita vertus, skersinės bangos tokiu būdu neturi įtakos terpei.

Išilginių ir skersinių bangų panašumai

Jie turi tas pačias bendras dalis: periodą, amplitudę, dažnį, ciklus, fazę ir greitį. Visos bangos patiria atspindį, refrakciją, difrakciją, interferenciją, Doplerio efektą ir perneša energiją per terpę.

Nors smailės ir slėniai yra būdingi skersinei bangai, išilginės bangos suspaudimai yra analogiški smailėms ir slėnių išsiplėtimams tokiu būdu, kad abi bangos pripažįsta tą patį matematinį sinuso ar sinuso bangos aprašymą.

Išilginių bangų pavyzdžiai

Garso bangos yra tipiškiausios išilginės bangos ir yra vienos labiausiai tyrinėtų, nes jos yra komunikacijos ir muzikinės raiškos pagrindas, jų svarbos žmonių gyvenime priežastys. Be to, garso bangos yra svarbios medicinoje ir diagnozuojant, ir gydant.

Ultragarso technika yra gerai žinoma norint gauti medicininius vaizdus, ​​taip pat gydyti inkstų akmenis, be kitų programų. Ultragarsą sukuria pjezoelektrinis kristalas, galintis sukurti išilginę slėgio bangą, kai veikiamas elektrinis laukas (jis taip pat sukuria srovę, kai veikia slėgis).

Norėdami iš tikrųjų pamatyti, kaip atrodo išilginė banga, nieko geriau nei spyruoklės ar slinkiai. Suteikus nedidelį impulsą spyruoklei, reikia nedelsiant stebėti, kaip susispaudimai ir išsiplėtimai pakaitomis plinta per posūkius.

- seisminės bangos

Išilginės bangos taip pat yra seisminių judesių dalis. Žemės drebėjimus sudaro įvairių rūšių bangos, tarp kurių yra P arba pirminės bangos ir S arba antrinės bangos. Pirmieji yra išilginiai, tuo tarpu pastarosiose vidutinės dalelės vibruoja skersine bangos poslinkiu kryptimi.

Žemės drebėjimų metu iškyla tiek išilginės bangos (pirminės P bangos), tiek skersinės bangos (antrinės S bangos) ir kitos rūšys, tokios kaip paviršiaus Rayleigh bangos ir Meilės bangos.

Tiesą sakant, išilginės bangos yra vienintelės keliaujančios per Žemės centrą. Kadangi jie juda tik skystoje arba dujinėje terpėje, mokslininkai mano, kad Žemės šerdį daugiausia sudaro išlydyta geležis.

- Taikymo pratimas

P ir S bangos, susidariusios žemės drebėjimo metu, Žemėje keliauja skirtingu greičiu, todėl jų atvykimo laikas į seismografines stotis yra skirtingas (žr. 3 pav.). Dėl to įmanoma nustatyti atstumą iki žemės drebėjimo epicentro, naudojant trikampę, naudojant trijų ar daugiau stočių duomenis.

3 pav. Seisminės bangos P ir S į seismografus patenka skirtingu laiku, nes jų greitis yra skirtingas. Šaltinis: „Wikimedia Commons“.

Tarkime, kad v _P = 8 km / s yra P bangų greitis, o S bangų greitis yra v _S = 5 km / s. P bangos ateina likus 2 minutėms iki pirmųjų S. Kaip apskaičiuoti atstumą nuo epicentro?

Atsakyk

Tegul D yra atstumas tarp epicentro ir seismologinės stoties. Pateikus duomenis, galima rasti kiekvienos bangos važiavimo laiką t _P ir t _S :

v _P = D / t _P

v _S = D / t _S

Skirtumas yra Δt = t _S - t _P :

Δt = D / v _S - D / v _P = D (1 / v _S - 1 / v _P )

D vertės nustatymas:

D = Δt / (1 / v _S - 1 / v _P ) = (Δt. V _P. V _C ) / (v _P - v _C )

Žinant, kad 2 minutės = 120 sekundžių, ir pakeičiant likusias vertes:

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

Nuorodos

1. Skirtumas tarp skersinių ir išilginių bangų. Atkurta iš: physicsabout.com.
2. Figueroa, D. 2005. Bangos ir kvantinė fizika. Fizikos serija mokslui ir inžinerijai. 7 tomas. Redagavo Douglas Figueroa. Simono Bolivaro universitetas. 1-58.
3. Infragarsas ir ultragarsas. Atkurta iš: lpi.tel.uva.es
4. Rex, A. 2011. Fizikos pagrindai. Pearsonas. 263–286.
5. Russellas, D. Išilginių ir skersinių bangų judėjimas. Gauta iš: acs.psu.edu.
6. Vandens bangos. Gauta iš: labman.phys.utk.edu.