Plik fale powierzchniowe to te, w których wibrujące cząstki poruszają się w dwóch wymiarach, na przykład fale powstające, gdy kamień wpada do stawu lub jeziora.
Ten rodzaj fali występuje na styku dwóch różnych mediów, takich jak ocean i powietrze, lub między powierzchnią Ziemi a powietrzem. Są to fale, w których cząstki przechodzą poprzecznie połączone z przemieszczeniami podłużnymi, czyli dwuwymiarowe.
Na przykład cząsteczki wody na powierzchni oceanu - fale - poruszają się po kołowych ścieżkach. Kiedy fale załamują się na brzegu, dominują przemieszczenia wzdłużne i dlatego widzisz glony lub kawałek drewna, który unosi się płynnie od przodu do tyłu.
Fale poruszają się również po powierzchni Ziemi w sposób analogiczny do fal oceanicznych. Poruszają się z mniejszą prędkością niż fale, które poruszają się wewnętrznie w ziemskiej objętości, ale są w stanie łatwiej wywołać rezonans w budynkach..
Ponieważ fale wytwarzają wibracje i przenoszą energię, mają destrukcyjny wpływ podczas trzęsień ziemi..
Indeks artykułów
Każdy rodzaj fali, powierzchowny lub nie, jest rozwiązaniem równania falowego, które ma zastosowanie do prawie każdego rodzaju ruchu fal, nie tylko mechanicznego, jak w opisanych przykładach, ale także fal elektromagnetycznych, które są falami innego rodzaju. ponieważ są poprzeczne.
Równanie falowe, które otrzymuje się biorąc pod uwagę drugie prawo Newtona, jest zapisane w następujący sposób:
W powyższym równaniu, lub jest funkcją falową zależną od trzech współrzędnych przestrzennych x, Y Y z więcej czasu t: u = u (x, y, z, t). Co więcej v to prędkość zakłócenia. Równanie falowe można podać w innych układach współrzędnych w zależności od wymaganej geometrii.
Aby znaleźć rozwiązanie równania, dostosowuje się je do warunków problemu, w których np. Wyznaczana jest geometria i ustalane są właściwości ośrodka, przez który przemieszcza się zaburzenie..
Istnieje wiele rodzajów fal powierzchniowych, takich jak:
-Fale grawitacyjne (fale grawitacyjne), takie jak opisane na początku fale oceanu, w których grawitacja zapewnia siłę przywracającą, która umożliwia ruch poprzeczny.
-Powierzchnia stawu pęcznieje, tutaj jest napięcie powierzchniowe wody, które działa jako siła regenerująca.
-Powierzchniowe fale elastyczne poruszające się po powierzchni Ziemi podczas trzęsienia ziemi.
-Fale elektromagnetyczne, które mimo że są poprzeczne, mogą być odpowiednio ukierunkowane, aby poruszały się po powierzchni.
-Niektóre rodzaje fal powstających w strunach gitary, gdy struny są silnie uderzane.
Rozwiązując równanie falowe, rozwiązania, jak powiedzieliśmy, odpowiadają różnym typom fal. Kiedy zaburzenie porusza się w stałym ośrodku, takim jak skorupa ziemska, można przyjąć pewne założenia, które upraszczają proces..
Dlatego uważa się, że medium jest doskonale elastyczny, jednorodny i izotropowy, co oznacza, że ich właściwości są takie same niezależnie od położenia lub kierunku.
Mając to na uwadze, dwa rozwiązania równania falowego w ośrodku sprężystym odpowiadają falom powierzchniowym:
-Fale Rayleigha, nazwane na cześć lorda Rayleigha (1842-1919), brytyjskiego fizyka, który jako pierwszy je opisał.
-Waves of Love, Augustus Love, brytyjski geofizyk i matematyk (1863-1940), który rozwinął teorię tych fal w swoich pracach na temat sprężystości.
W sejsmice te fale nazywane są Fale L., aby odróżnić je od załamków P i załamków S, obie uważane za fale objętości (fale ciała), które są również rozwiązaniem równania falowego z warunkami opisanymi powyżej. Fale P są podłużne, a fale S poprzeczne.
W fali Rayleigha cząsteczki czoła fali wibrują w płaszczyźnie pionowej, dlatego mówi się, że są spolaryzowane pionowo. Cząsteczki poruszają się po elipsie, w przeciwieństwie do fal na powierzchni oceanu, których ruch jest kołowy, jak powiedziano na początku (chociaż w pobliżu wybrzeża są raczej eliptyczne).
Większa oś elipsy jest pionowa, a mniejsza oś podąża za kierunkiem propagacji, jak pokazano na rysunku. Tam również zauważono, że ruch jest wsteczny, to znaczy jest wykonywany w kierunku przeciwnym do ruchu wskazówek zegara.
Inną ważną różnicą w stosunku do fal wodnych jest to, że fale Rayleigha mogą propagować się tylko w mediach stałych, ponieważ istnieje siła ścinająca, która nie występuje w cieczach.
Amplituda przemieszczania się cząstki maleje wykładniczo wraz z głębokością, ponieważ fala jest ograniczona do powierzchni, chociaż jeśli jest to trzęsienie ziemi o dużej intensywności, fale mogą kilkakrotnie okrążyć Ziemię, zanim całkowicie znikną..
W falach miłości cząsteczki są spolaryzowane poziomo i mają dużą amplitudę ruchu równoległego do powierzchni. Poruszają się z nieco wolniejszą prędkością niż fale Rayleigha, chociaż prędkość w tego typu falach zależy od długości fali (fala dyspersyjna).
Aby te fale mogły się rozchodzić, w środku musi znajdować się warstwa o niskiej prędkości nałożona na co najmniej jedną warstwę o większej prędkości. Podobnie jak fale Rayleigha, fale Miłości powstałe podczas trzęsienia ziemi mogą kilkakrotnie okrążyć Ziemię, zanim rozproszą swoją energię..
Często spotyka się ten wariant fal Rayleigha, tzw rolka po ziemi, w zapisach badań sejsmicznych. Jest uważany za szum i należy go unikać, ponieważ ze względu na swoją dużą amplitudę czasami maskuje odbicia, które chce się zobaczyć.
Na dużych głębokościach fale oceaniczne są falami podłużnymi, podobnie jak fale dźwiękowe. Oznacza to, że ich kierunek propagacji jest taki sam, jak kierunek drgań cząstek..
Jednak fala, w pobliżu powierzchni, ma zarówno składową podłużną, jak i poprzeczną, powodując, że cząstki podążają prawie kołową ścieżką (patrz rysunek 2 po prawej).
Jeszcze bez komentarzy