- Paviršinių bangų tipai
- Paviršinės elastinės bangos žemės paviršiuje
- Paviršinių bangų pavyzdžiai
- Reilio bangos
- Meilės bangos
- Žemės ritinys
- Vandenyno bangos
- Nuorodos
Paviršinės bangos yra tokios, kai vibruojančios dalelės juda dviem matmenimis, pavyzdžiui, bangos, kurios susidaro akmeniui nukritus į tvenkinį ar ežerą.
Šio tipo bangos vyksta dviejų skirtingų terpių, tokių kaip vandenynas ir oras, sąsajoje arba tarp Žemės paviršiaus ir oro. Tai bangos, kuriose dalelės patiriamos skersai kartu su išilginiais poslinkiais, tai yra, dviejų dimensijų.
1 pav. Paviršinės bangos tvenkinyje. Šaltinis: „Pixabay“.
Pavyzdžiui, vandenyno paviršiuje esančios vandens dalelės - bangos - juda apskritimais. Kai bangos nutrūksta ant kranto, vyrauja išilginiai poslinkiai, todėl matoma, kad jūros dumbliai ar plūduriuojantis medžio gabalas sklandžiai juda iš priekio į galą.
Bangos taip pat juda Žemės paviršiuje panašiai kaip vandenyno bangos. Jie važiuoja lėčiau, nei bangos, kurios viduje juda per žemės tūrį, tačiau jos lengviau sukelia rezonansą pastatuose.
Kadangi bangos sukelia virpesius ir neša energiją, žemės drebėjimų metu jos turi griaunamąjį poveikį.
2 pav. Paviršiaus bangos vandenyne. Vandens dalelės juda pagal laikrodžio rodyklę, kai banga judama iš kairės į dešinę. Aukščiausiame taške jie yra ant bangos keteros, o žemiausias taškas vadinamas kanalu. Kairės figūros šaltinis: F. Zapata. Dešinės figūros šaltinis: Giambattista, A. 2010. Fizika. 2-asis. Leidimas. McGraw Hill.
Paviršinių bangų tipai
Bet kokio tipo bangos, paviršinės ar ne, yra bangų lygties sprendimas, kuris taikomas beveik bet kokio tipo bangų judėjimui, ne tik mechaniniam, kaip aprašyta pavyzdžiuose, bet ir elektromagnetinėms bangoms, kurios yra skirtingos bangos, nes jos yra skersinės.
Bangos lygtis, gauta atsižvelgiant į antrąjį Niutono dėsnį, parašyta taip:
Aukščiau pateiktoje lygtyje u yra bangos funkcija, priklausanti nuo trijų erdvinių koordinačių x, y ir z bei laiko t: u = u (x, y, z, t). Be to, v yra trikdžio greitis. Bangų lygtis gali būti nustatyta kitose koordinačių sistemose, atsižvelgiant į reikalingą geometriją.
Norint rasti lygties sprendimą, ji koreguojama atsižvelgiant į uždavinio sąlygas, kuriose, pavyzdžiui, yra atsiribojama geometrija ir nustatomos terpės, per kurią juda trikdis, savybės.
Yra daugybė paviršiaus bangų tipų, tokių kaip:
-Gravitacinės bangos (gravitacijos bangos), kaip pradžioje aprašytos vandenyno bangos, kuriose gravitacija suteikia atkuriamąją jėgą, leidžiančią judėti skersai.
- Paviršius išsipučia tvenkinyje, čia yra vandens paviršiaus įtempis, kuris veikia kaip atstatomoji jėga.
- Paviršinės elastinės bangos, kurios žemės drebėjimo metu juda Žemės paviršiumi.
-Elektromagnetinės bangos, kurios, nepaisant skersinių, gali būti tinkamai nukreipiamos judėti paviršiuje.
- Kai kurių rūšių bangos, kurios sukuriamos gitaros stygomis, kai stygos smogiamos jėga.
Paviršinės elastinės bangos žemės paviršiuje
3 pav. Žemės paviršiaus banga. Dalelių judėjimas yra skersinių ir išilginių poslinkių derinys. Šaltinis: Giambattista, A. 2010. Fizika. 2-asis. Leidimas. McGraw Hill.
Sprendžiant bangų lygtį, sprendimai, kaip minėjome, atitinka skirtingų tipų bangas. Kai trikdžiai kinta vienoje kietoje terpėje, tokioje kaip žemės pluta, galima padaryti keletą prielaidų, kurios supaprastina procesą.
Dėl šios priežasties terpė laikoma tobulai elastinga, vienalytė ir izotropinė, tai reiškia, kad jos savybės yra vienodos, nepriklausomai nuo padėties ar krypties.
Atsižvelgiant į tai, du iš bangos lygties sprendimų elastinėje terpėje atitinka paviršiaus bangas:
- „Rayleigh“ bangos, pavadintos lordo Rayleigh'o (1842–1919), pirmą kartą juos apibūdinusio britų fiziko, vardu.
- Meilės bangos, kurias sukūrė britas geofizikas ir matematikas Augustas Love'as (1863–1940), sukūręs šių bangų teoriją savo darbuose apie elastingumą.
Seisminiu būdu šios bangos vadinamos L bangomis, kad jas būtų galima atskirti nuo P ir S bangų, abi laikomos tūrio bangomis (kūno bangomis), kurios taip pat yra bangų lygties sprendimas su aukščiau aprašytomis sąlygomis. P bangos yra išilginės, o S bangos yra skersinės.
Paviršinių bangų pavyzdžiai
Reilio bangos
Raileigh bangoje bangos fronto dalelės vibruoja vertikalioje plokštumoje, todėl sakoma, kad jos yra vertikaliai poliarizuotos. Dalelės juda elipsėje, skirtingai nei bangos vandenyno paviršiuje, kurių judesys yra apskrito formos, kaip buvo sakoma pradžioje (nors netoli kranto jos yra gana elipsės formos).
Pagrindinė elipsės ašis yra vertikali, o šalutinė ašis eina sklidimo kryptimi, kaip parodyta paveikslėlyje. Ten taip pat pažymima, kad judėjimas yra atgalinis, tai yra, jis atliekamas prieš laikrodžio rodyklę.
4 pav. Railio aukščio banga. Šaltinis: Lowrie, W. 2007. Geofizikos pagrindai. 2-asis. Leidimas. Cambridge University Press.
Kitas svarbus skirtumas su vandens bangomis yra tas, kad Rayleigh bangos gali plisti tik kietose terpėse, nes skysčiuose nėra šlyties jėgos.
Dalelių poslinkio amplitudė mažėja eksponentiškai, atsižvelgiant į gylį, nes banga ribojasi su paviršiumi, nors, jei tai yra didelio intensyvumo žemės drebėjimas, bangos gali kelis kartus apskrieti Žemę prieš visiškai išblukdamos. .
Meilės bangos
Meilės bangose dalelės yra horizontaliai poliarizuotos ir turi didelę judesio amplitudę lygiagrečiai paviršiui. Jie juda šiek tiek lėčiau nei Rayleigh bangos, nors šių tipų bangų greitis priklauso nuo bangos ilgio (dispersinės bangos).
Kad šios bangos skleistųsi, bent vieno didesnio greičio sluoksnio viduryje turi būti mažo greičio sluoksnis. Kaip ir Rayleigh bangos, žemės drebėjimo metu išsivysčiusios Meilės bangos gali kelis kartus apskrieti Žemę, prieš išsklaidydamos savo energiją.
5 paveikslas. Meilės bangos. Šaltinis: „Wikimedia Commons“. Nicoguaro
Žemės ritinys
Įprasta rasti šį Rayleigh bangų variantą, vadinamą žemės ritiniu, seisminių tyrinėjimų įrašuose. Tai laikoma triukšmu ir jo reikia vengti, nes dėl savo didelės amplitudės jis kartais užmaskuoja atspindžius, kuriuos tikiesi pamatyti.
Vandenyno bangos
Dideliame gylyje vandenyno bangos yra išilginės bangos, kaip ir garso bangos. Tai reiškia, kad jo sklidimo kryptis yra tokia pati kaip dalelių vibracijos kryptis.
Tačiau banga, esanti netoli paviršiaus, turi ir išilginius, ir skersinius komponentus, todėl dalelės eina beveik apskritimo keliu (žr. 2 paveikslą dešinėje).
6 pav. Vandenyno bangos yra paviršiaus bangos. Šaltinis: „Pixabay“.
Nuorodos
- Figueroa, D. 2005. Bangos ir kvantinė fizika. Fizikos serija mokslui ir inžinerijai. Redagavo D. Figueroa.
- Giambattista, A. 2010. Fizika. McGraw Hill.
- Lowrie, W. 2007. Geofizikos pagrindai. 2-asis. Leidimas. Cambridge University Press.
- Vikipedija. Meilės bangos. Atkurta iš: es.wikipedia.org.
- Vikipedija. Reilio bangos. Atkurta iš: es.wikipedia.org.
- Vikipedija. Paviršinės bangos. Atkurta iš: en.wikipedia.org.