Oberflächenwellen, Typen und Beispiele

Der oberflächliche Wellen Sie sind diejenigen, in denen die vibrierenden Partikel zwei dimensionale Bewegungen haben, z. B. die Wellen, die auftreten, wenn ein Stein in einen Teich oder einen See fällt.

Diese Art von Welle wird in der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Mitteln wie Ozean und Luft oder zwischen der Erdoberfläche und der Luft erzeugt. Dies sind Wellen, bei denen die Partikel in Kombination mit Längsschnitt -Verschiebungen treten, dh zwei -dimensional.

Abbildung 1. Oberflächliche Wellen in einem Teich. Quelle: Pixabay.

Zum Beispiel Wasserpartikel auf der ozeanischen Oberfläche - Wellen - bewegen Sie sich mit kreisförmigen Trajektorien. Wenn Sie die Wellen am Ufer brechen.

Auf der Erdoberfläche bewegen sich Wellen auch analog zu den Wellen des Meeres. Sie reisen mit geringerer Geschwindigkeit als Wellen, die sich intern durch das terrestrische Volumen bewegen, aber in der Lage sind, in Gebäuden eine Resonanz zu provozieren.

Da Wellen Vibrationen und Transportenergie erzeugen, haben sie während der Erdbeben destruktive Auswirkungen.

Figur 2. Oberflächenwellen im Ozean. Wasserpartikel bewegen sich in einem Zeitplan, wenn die Bewegung der Welle von links nach rechts ist. Am höchsten Punkt befinden sie sich am Wellenkamm, während der niedrigste Punkt als Kanal bezeichnet wird. Quelle der linken Abbildung: f. Zapata. Quelle der richtigen Abbildung: Giambattista, a. 2010. Physik. 2. Auflage. McGraw Hill.

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Arten von oberflächlichen Wellen

Jede Art von Wellen, ob oberflächlich, ist eine Lösung der Wellengleichung, die für nahezu jede Art von undulatorischer Bewegung gilt, nicht nur mechanisch, wie beispielsweise die beschriebenen Beispiele, sondern auch elektromagnetische Wellen, die eine andere Art von sind Wellen, da sie transversal sind.

Die Wellengleichung, die unter Berücksichtigung von Newtons zweitem Gesetz erhalten wird, wird so geschrieben:

Wo ∇ symbolisiert Laplace -Bediener, Dies kann wie folgt in rechteckigen Koordinaten ausgedrückt werden:

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In der vorherigen Gleichung, oder Es ist die Wellenfunktion, die von den drei Raumkoordinaten abhängt X, Und Und z Mehr Zeit T: u = u (x, y, z, t). Neben v Es ist die Geschwindigkeit der Störung. Die Wellengleichung kann je nach der erforderlichen Geometrie in anderen Koordinatensystemen angehoben werden.

Um die Lösung der Gleichung zu finden, entspricht dies den Bedingungen des Problems, in denen beispielsweise die Geometrie abgenommen und die Eigenschaften der Umwelt festgelegt werden, durch die die Störung bewegt wird.

Es gibt viele Arten von oberflächlichen Wellen wie:

-Gravitationswellen (Schwerkraftwellen) Wie die zu Beginn beschriebenen ozeanischen Wellen, in denen die Schwerkraft eine restaurative Kraft liefert, die die Transversalbewegung ermöglicht.

-Die oberflächlichen Wellen in einem Teich, hier ist die Oberflächenspannung des Wassers, die als restaurative Kraft ausübt.

-Die oberflächlichen elastischen Wellen, die sich während eines Erdbebens auf der Erdoberfläche bewegen.

-Elektromagnetische Wellen, die trotz Quer ordnungsgemäß geführt werden können, um sich auf einer Oberfläche zu bewegen.

-Einige Arten von Wellen, die auf den Saiten einer Gitarre auftreten, wenn die Saiten hart gedrückt werden.

Oberflächliche elastische Wellen auf der Erdoberfläche

Figur 3. Oberflächliche Welle auf der Erdoberfläche. Die Bewegung der Partikel ist eine Kombination aus Quer- und Längsstrichen. Quelle: Giambattista, a. 2010. Physik. 2. Auflage. McGraw Hill.

Bei der Lösung der Wellengleichung entsprechen die Lösungen, wie wir gesagt haben, verschiedenen Arten von Wellen. Wenn sich die Störung in einem festen Medium wie der Erdkruste bewegt, ist es möglich, einige Annahmen dazu zu treffen, die den Prozess vereinfachen.

Daher wird berücksichtigt, dass das Medium ist perfekt elastisch, homogen Und isotrop, Dies bedeutet, dass seine Eigenschaften unabhängig von der Position oder Adresse gleich sind.

In diesem Sinne entsprechen zwei der Wellengleichungslösungen in einem elastischen Medium oberflächliche Wellen:

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-RayLeight Waves, benannt zu Ehren von Lord RayLeight (1842-1919), dem britischen Physiker, der sie zuerst beschrieb.

-Liebeswellen, von Augustus Liebe, britisch geophysikalisch und mathematisch.

In seismisch werden diese Wellen genannt Wellen l, um sie von den P -Wellen und S -Wellen zu unterscheiden, die beide als Volumenwellen betrachteten (Körperwellen) dass sie auch eine Lösung der Wellengleichung mit den oben beschriebenen Bedingungen sind. P -Wellen sind Längsschnitt und S -Wellen sind transversal.

Beispiele für oberflächliche Wellen

RayLeight Waves

In einer Rayleight -Welle vibrieren Wellenfrontpartikel in der vertikalen Ebene, daher wird gesagt, dass sie vertikal polarisiert sind. Die Partikel bewegen sich, die eine Ellipse beschreiben, im Gegensatz zu den Wellen auf der Oberfläche des Ozeans, deren Bewegung kreisförmig ist, wie am Anfang angegeben (obwohl sie in der Nähe der Küste eher elliptisch sind).

Die Hauptachse der Ellipse ist vertikal und die Nebenachse folgt der Ausbreitungsrichtung, wie in der Abbildung zu sehen ist. Dort wird auch gewarnt, dass die Bewegung rückläufig ist, das heißt, es ist im Widerspruch zu den Taktnadeln,.

Figur 4. RayLeight Wave. Quelle: Lowrie, W. 2007. Grundlegende Geophysik. 2. Auflage. Cambridge University Press.

Ein weiterer wichtiger Unterschied zu Wasserwellen besteht darin, dass sich RayLight -Wellen nur in festen Medien ausbreiten können, da es eine Scherkraft gibt, die in Flüssigkeiten nicht auftritt.

Die Amplitude der Verschiebung der Partikel nimmt exponentiell mit der Tiefe ab, da die Welle auf die Oberfläche beschränkt ist, obwohl sie ein Erdbeben der großen Intensität ist, können sich die Wellen mehrmals um die Erde drehen, bevor sie vollständig verblassen.

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Liebeswellen

Verliebte Wellen Die Partikel sind horizontal polarisiert und haben eine große Bewegungsamplitude parallel zur Oberfläche. Sie bewegen sich mit einer etwas niedrigeren Geschwindigkeit als Rayleight -Wellen, obwohl die Geschwindigkeit in dieser Art von Welle von der Wellenlänge abhängt (dispersive Welle).

Damit sich diese Wellen in der Mitte ausbreiten können. Wie RayLeight -Wellen können Liebeswellen, die während eines Erdbebens erzeugt werden.

Abbildung 5. Liebeswellen. Quelle: Wikimedia Commons. Nikoguaro [CC von 4.0 (https: // creativecommons.Org/lizenzen/bis/4.0)]]

Bodenrolle

Es ist üblich, diese Variante von RayLeights Wellen zu finden, genannt Bodenrolle, In seismischen Erkundungsaufzeichnungen. Es gilt als Lärm und Sie müssen es vermeiden, denn aufgrund seiner großen Breite, manchmal die Reflexionen, die Masca zu sehen sind.

Ozeanische Wellen

In großer Tiefe sind Ozeanwellen Längswellen wie Klang. Dies bedeutet, dass seine Ausbreitungsadresse die gleiche Richtung entspricht, in der die Partikel vibrieren.

Die Welle in der Nähe der Oberfläche hat jedoch sowohl Längsschnitt- als auch Querkomponenten, wodurch die Partikel eine fast kreisförmige Flugbahn beschreiben (siehe Abbildung 2 rechts).

Abbildung 6. Die Wellen des Meeres sind oberflächliche Wellen. Quelle: Pixabay.

Verweise

1. Figueroa, d. 2005. Wellen und Quantenphysik. Physische Serie für Wissenschaft und Ingenieurwesen. Herausgegeben von d. Figueroa.
2. Giambattista, a. 2010. Physik. McGraw Hill.
3. Lowrie, w. 2007. Grundlegende Geophysik. 2. Auflage. Cambridge University Press.
4. Wikipedia. Liebeswellen. Geborgen von: ist.Wikipedia.Org.
5. Wikipedia. RayLeight Waves. Geborgen von: ist.Wikipedia.Org.
6. Wikipedia. Oberflächenwellen. Abgerufen von: in.Wikipedia.Org.