- Typer av ytvågor
- Ytliga elastiska vågor på jordytan
- Exempel på ytvågor
- Rayleigh vågor
- Waves of Love
- Markrulle
- havsvågor
- referenser
Surface vågor är de i vilka de vibrerande partiklarna har rörelse i två dimensioner, såsom vågorna som produceras när en sten släpps ned i en damm eller en sjö.
Denna typ av våg förekommer vid gränssnittet mellan två olika media, till exempel havet och luften, eller mellan jordens yta och luften. Dessa är vågor där partiklarna upplever tvärgående i kombination med längsgående förskjutningar, det vill säga tvådimensionella.
Bild 1. Ytvågor i ett damm. Källa: Pixabay.
Till exempel rör sig vattenpartiklarna på havets yta - vågor - i cirkulära banor. När vågorna bryter på kusten dominerar längsgående förskjutningar och därför ses tang eller ett trästycke som flyter rör sig smidigt från fram till bak.
Vågorna rör sig också på jordens yta på ett sätt som är analogt med havets vågor. De reser med en långsammare hastighet än vågorna som rör sig internt genom jordens volym, men de kan lätt orsaka resonans i byggnader.
Eftersom vågor producerar vibrationer och bär energi har de destruktiva effekter under jordbävningar.
Bild 2. Ytvågor i havet. Vattenpartiklarna rör sig medurs när vågens rörelse är från vänster till höger. Vid den högsta punkten ligger de på vågens topp, medan den lägsta punkten kallas kanalen. Bilden till vänster: F. Zapata. Höger figur källa: Giambattista, A. 2010. Fysik. 2:a. Utgåva. McGraw Hill.
Typer av ytvågor
Varje typ av våg, vare sig ytlig eller inte, är en lösning av vågekvationen, som tillämpas på nästan alla typer av vågrörelser, inte bara mekaniska, som exemplen som beskrivs, utan också elektromagnetiska vågor, som är en olika slags vågor eftersom de är tvärgående.
Vågekvationen, som erhålls med tanke på Newtons andra lag, är skriven så här:
I ovanstående ekvation är u vågfunktionen som beror på de tre rymdkoordinaterna x, y och z plus tiden t: u = u (x, y, z, t). Vidare är v hastigheten för störningen. Vågekvationen kan anges i andra koordinatsystem beroende på vilken geometri som krävs.
För att hitta lösningen på ekvationen justeras den till förhållandena för problemet, där till exempel geometrien avgränsas och egenskaperna hos mediet genom vilket störningsrörelserna etableras.
Det finns många typer av ytvågor, till exempel:
-Gravitationsvågor (tyngdvågor) som havsvågor beskrivna i början, där tyngdkraften ger en återställningskraft som möjliggör tvärgående rörelse.
-Ytan sväller i ett damm, här är ytspänningen på vattnet som utövar som en återställningskraft.
- Ytaelastiska vågor som rör sig på jordens yta under en jordbävning.
-Elektromagnetiska vågor, som trots att de är tvärgående, kan styras ordentligt för att röra sig på en yta.
-Vissa typer av vågor som produceras i en gitarrsträngar när strängarna slås med kraft.
Ytliga elastiska vågor på jordytan
Bild 3. Ytvåg på jordytan. Partiklarnas rörelse är en kombination av tvärgående och längsgående förskjutningar. Källa: Giambattista, A. 2010. Physics. 2:a. Utgåva. McGraw Hill.
Vid lösning av vågekvationen motsvarar lösningarna, som sagt, olika typer av vågor. När störningen rör sig i ett fast medium som jordskorpan, är det möjligt att göra några antaganden om det som förenklar processen.
Av detta skäl anses mediet vara perfekt elastiskt, homogent och isotropiskt, vilket innebär att dess egenskaper är desamma oavsett position eller riktning.
Med detta i åtanke motsvarar två av lösningarna på vågekvationen i ett elastiskt medium ytvågor:
- Waves of Rayleigh, uppkallad efter Lord Rayleigh (1842-1919), den brittiska fysikern som först beskrev dem.
-Waves of Love, av Augustus Love, brittisk geofysiker och matematiker (1863-1940) som utvecklade teorin om dessa vågor i sina elasticitetsverk.
I seismik kallas dessa vågor L-vågor för att differentiera dem från P-vågor och S-vågor, båda betraktade som volymvågor (kroppsvågor) som också är en lösning på vågekvationen med de ovan beskrivna förhållandena. P-vågor är längsgående och S-vågor är tvärgående.
Exempel på ytvågor
Rayleigh vågor
I en Rayleigh-våg vibrerar vågfrontpartiklarna i det vertikala planet, därför sägs de vara vertikalt polariserade. Partiklarna rör sig i en ellips, till skillnad från vågorna på havets yta, vars rörelse är cirkulär, som sades i början (även om de är nära kusten är de ganska elliptiska).
Ellipsens huvudaxel är vertikal och den mindre axeln följer utbredningsriktningen, som visas på figuren. Där noteras också att rörelsen är retrograd, det vill säga den utförs moturs.
Bild 4. Rayleigh wave. Källa: Lowrie, W. 2007. Fundamentals of Geophysics. 2:a. Utgåva. Cambridge University Press.
En annan viktig skillnad med vattenvågor är att Rayleigh vågor bara kan sprida sig i fasta medier, eftersom det finns en skjuvkraft som inte förekommer i vätskor.
Amplituden hos partikelförskjutningen minskar exponentiellt med djupet, eftersom vågen är begränsad till ytan, även om det är en jordbävning med hög intensitet, kan vågorna cirkla jorden flera gånger innan de försvinner helt. .
Waves of Love
I Love-vågorna är partiklarna horisontellt polariserade och har en stor rörelsesamplitude parallellt med ytan. De rör sig med något långsammare hastighet än Rayleigh-vågorna, även om hastigheten i dessa vågtyper beror på våglängden (spridningsvågen).
För att dessa vågor ska föröka sig måste det finnas ett låghastighetsskikt överlagrat på minst ett högre hastighetsskikt i mitten. Liksom Rayleigh-vågor kan kärleksvågor som produceras under en jordbävning kretsa jorden flera gånger innan de sprider sin energi.
Bild 5. Waves of Love. Källa: Wikimedia Commons. Nicoguaro
Markrulle
Det är vanligt att hitta denna variant av Rayleigh-vågor, kallad markrulle, i seismiska undersökningsregister. Det betraktas som brus och måste undvikas, eftersom det på grund av sin stora amplitud ibland maskerar de reflektioner som du vill se.
havsvågor
På stort djup är havsvågor längsgående vågor, som ljud. Detta betyder att dess utbredningsriktning är samma som den riktning i vilken partiklarna vibrerar.
Vågen, nära ytan, har emellertid både längsgående och tvärgående komponenter, vilket gör att partiklarna följer en nästan cirkulär väg (se figur 2 till höger).
Figur 6. Havvågor är ytvågor. Källa: Pixabay.
referenser
- Figueroa, D. 2005. Waves and Quantum Physics. Fysikserie för vetenskap och teknik. Redigerad av D. Figueroa.
- Giambattista, A. 2010. Fysik. McGraw Hill.
- Lowrie, W. 2007. Fundamentals of Geophysics. 2:a. Utgåva. Cambridge University Press.
- Wikipedia. Waves of Love. Återställd från: es.wikipedia.org.
- Wikipedia. Rayleigh vågor. Återställd från: es.wikipedia.org.
- Wikipedia. Ytvågor. Återställd från: en.wikipedia.org.