The povrchové vlny jsou ty, ve kterých se vibrující částice pohybují ve dvou dimenzích, jako jsou vlny, které se vytvářejí, když kámen spadne do rybníka nebo jezera.
Tento typ vln se vyskytuje na rozhraní mezi dvěma různými médii, jako je oceán a vzduch, nebo mezi povrchem Země a vzduchem. Jedná se o vlny, ve kterých částice procházejí příčně v kombinaci s podélnými posuny, tj. Dvojrozměrně.
Například vodní částice na povrchu oceánu - vlny - se pohybují po kruhových drahách. Když se vlny rozbijí na břehu, převládají podélné posuny, a proto vidíte řasy nebo kousek dřeva, které se vznáší, hladce se pohybující zepředu dozadu.
Vlny se také pohybují na povrchu Země způsobem analogickým vlnám oceánu. Cestují pomalejší rychlostí než vlny, které se pohybují vnitřně pozemským objemem, ale jsou schopné snadněji způsobit rezonanci v budovách..
Protože vlny produkují vibrace a přenášejí energii, mají během zemětřesení destruktivní účinky..
Rejstřík článků
Jakýkoli typ vlny, ať už povrchní nebo ne, je řešením vlnové rovnice, která platí pro téměř jakýkoli typ vlnového pohybu, nejen mechanický, jak je popsáno v příkladech, ale také elektromagnetické vlny, které jsou odlišným typem vln protože jsou příčné.
Vlnová rovnice, která se získá s ohledem na druhý Newtonův zákon, je napsána takto:
Ve výše uvedené rovnici, nebo je vlnová funkce, která závisí na třech prostorových souřadnicích X, Y Y z více času t: u = u (x, y, z, t). Co víc proti je rychlost rušení. Vlnovou rovnici lze určit v jiných souřadnicových systémech v závislosti na požadované geometrii.
Aby bylo možné najít řešení rovnice, je přizpůsobena podmínkám úlohy, ve které je například ohraničena geometrie a jsou stanoveny vlastnosti média, kterým se rušení pohybuje..
Existuje mnoho typů povrchových vln, například:
-Gravitační vlny (gravitační vlny), jako jsou oceánské vlny popsané na začátku, ve kterých gravitace poskytuje obnovovací sílu, která umožňuje příčný pohyb.
-Povrch bobtná v rybníku, zde je povrchové napětí vody, které působí jako regenerační síla.
-Povrchové elastické vlny, které se pohybují na zemském povrchu během zemětřesení.
-Elektromagnetické vlny, které, i když jsou příčné, mohou být adekvátně vedeny k pohybu po povrchu.
-Některé typy vln, které se vytvářejí v strunách kytary, když jsou struny silně zasaženy.
Při řešení vlnové rovnice řešení, jak jsme řekli, odpovídají různým typům vln. Když se porucha pohybuje v pevném médiu, jako je zemská kůra, je možné o ní učinit určité předpoklady, které proces zjednoduší..
Proto je médium považováno za dokonale elastické, homogenní a izotropní, což znamená, že jejich vlastnosti jsou stejné bez ohledu na polohu nebo směr.
S ohledem na tuto skutečnost odpovídají dvě řešení vlnové rovnice v elastickém médiu povrchovým vlnám:
-Rayleighovy vlny, pojmenované podle lorda Rayleigha (1842-1919), britského fyzika, který je poprvé popsal.
-Waves of Love, autor Augustus Love, britský geofyzik a matematik (1863-1940), který vyvinul teorii těchto vln ve svých pracích o pružnosti.
V seismickém režimu se tyto vlny nazývají L vlny, odlišit je od vln P a S, obě považovány za objemové vlny (tělesné vlny), která jsou také řešením vlnové rovnice s podmínkami popsanými výše. P vlny jsou podélné a S vlny jsou příčné.
Ve Rayleighově vlně vibrují částice vlny ve svislé rovině, proto se o nich říká, že jsou vertikálně polarizované. Pohyb částic popisující elipsu, na rozdíl od vln na povrchu oceánu, jejichž pohyb je kruhový, jak bylo řečeno na začátku (i když v blízkosti pobřeží jsou spíše eliptické).
Hlavní osa elipsy je svislá a vedlejší osa sleduje směr šíření, jak je znázorněno na obrázku. Tam je také poznamenáno, že pohyb je retrográdní, to znamená, že je prováděn proti směru hodinových ručiček.
Dalším důležitým rozdílem u vodních vln je, že Rayleighovy vlny se mohou šířit pouze v pevných médiích, protože v kapalinách nedochází k smykové síle.
Amplituda posunu částice exponenciálně klesá s hloubkou, protože vlna je omezena na povrch, i když při zemětřesení s vysokou intenzitou mohou vlny několikrát kroužit kolem Země, než úplně zmizí..
Ve vlnách lásky jsou částice horizontálně polarizované a mají velkou amplitudu pohybu rovnoběžně s povrchem. Pohybují se mírně pomalejší rychlostí než Rayleighovy vlny, i když rychlost v těchto typech vln závisí na vlnové délce (disperzní vlna).
Aby se tyto vlny mohly šířit, musí být uprostřed vrstva nízké rychlosti překrývající se alespoň na jedné vrstvě vyšší rychlosti. Stejně jako Rayleighovy vlny, vlny lásky produkované během zemětřesení mohou několikrát kroužit kolem Země, než rozptýlí svou energii..
Je běžné najít tuto variantu Rayleighových vln, tzv zemní válec, v záznamech o seismickém průzkumu. Je považován za hluk a je třeba se mu vyhnout, protože díky své velké amplitudě někdy maskuje odrazy, které se člověk snaží vidět.
Ve velké hloubce jsou oceánské vlny podélnými vlnami, jako jsou zvukové. To znamená, že jejich směr šíření je stejný jako směr, ve kterém částice vibrují..
Vlna však poblíž povrchu má jak podélnou, tak příčnou složku, což způsobuje, že částice sledují téměř kruhovou dráhu (viz obrázek 2 vpravo).
Zatím žádné komentáře