ПОВРШИНСКИ ТАЛАСИ: КАРАКТЕРИСТИКЕ, ВРСТЕ И ПРИМЕРИ - ФИЗИЧКИ - 2025

Површински таласи су они у којима вибрирајуће честице имају кретање у две димензије, попут таласа који настају када камен падне у језеро или језеро.

Ова врста таласа се јавља на интерфејсу између два различита медија, попут океана и ваздуха, или између површине Земље и ваздуха. То су таласи у којима честице доживљавају попречно комбиноване са уздужним помацима, то јест дводимензионално.

Слика 1. Површински таласи у базену. Извор: Пикабаи.

На пример, водене честице на океанској површини - таласи - крећу се кружним путевима. Када се таласи разбију на обали, превладавају уздужни помаци и зато се види да морске алге или комад дрвета који плута плутају глатко како се крећу од предњег и назад.

Таласи се такође крећу по Земљиној површини на начин сличан океанским таласима. Они путују споријом брзином од таласа који се кретају унутрашњим волуменом Земље, али они могу лакше изазвати резонанцу у зградама.

Пошто валови производе вибрације и носе енергију, они имају деструктивне ефекте током земљотреса.

Слика 2. Површински таласи у океану. Честице воде крећу се у смеру казаљке на сату када је кретање таласа лево удесно. У највишој тачки су на гребену таласа, док се најнижа тачка назива канал. Извор леве фигуре: Ф. Запата. Прави извор фигуре: Гиамбаттиста, А. 2010. Физика. 2нд. Едитион. МцГрав Хилл.

Врсте површинских таласа

Било која врста таласа, површна или не, је решење таласне једначине, која се односи на скоро било коју врсту таласа, не само механичку као у описаним примерима, већ и на електромагнетне таласе, који су различите врсте таласа колико су попречне.

Таласна једначина, која се добија узимајући у обзир Невтонов други закон, написана је овако:

У горњој једнаџби у је таласна функција која зависи од три просторне координате к, и и з плус времена т: у = у (к, и, з, т). Даље је в брзина поремећаја. Вална једначина може се навести у другим координатним системима, зависно од потребне геометрије.

Да би се пронашло решење једначине, оно се прилагођава условима проблема, у којима је, на пример, геометрија ограничена и својства медија кроз који се поремећаји крећу.

Постоји много врста површинских таласа, као што су:

-Гравитациони таласи (гравитациони таласи) попут океанских таласа описаних у почетку, у којима гравитација пружа обнављавајућу силу која омогућава попречно кретање.

-Површина набрекне у базену, ево површинске напетости воде која делује као ресторативна сила.

- површински еластични таласи који се крећу по земљиној површини током земљотреса.

-Електромагнетни таласи који се, иако су попречни, могу правилно водити да се крећу по површини.

-Неке врсте таласа који се стварају у жицама гитаре када жице ударају силом.

Површински еластични таласи на земљиној површини

Слика 3. Површински талас на земљиној површини. Кретање честица је комбинација попречних и уздужних помака. Извор: Гиамбаттиста, А. 2010. Физика. 2нд. Едитион. МцГрав Хилл.

Када решавамо таласну једначину, решења, као што смо рекли, одговарају различитим типовима таласа. Када се поремећаји померају у чврстом медијуму као што је земаљска кора, могуће је донети неке претпоставке о томе које поједностављују процес.

Из тог разлога, медијум се сматра савршено еластичним, хомогеним и изотропним, што значи да су његова својства иста без обзира на положај или правац.

Имајући то у виду, два решења таласне једначине у еластичном медију одговарају површинским таласима:

- Вавес оф Раилеигх, назван по лорду Раилеигху (1842-1919), британском физичару који их је први описао.

-Валови љубави, Аугустус Лове, британски геофизичар и математичар (1863-1940) који је у својим радовима о еластичности развио теорију тих таласа.

У сеизмичким условима ови таласи се називају Л таласи, да би се разликовали од П таласа и С таласа, оба сматрају таласним таласима (телесним таласима) који су такође решење таласне једначине са горе описаним условима. П таласи су уздужни, а С таласи попречни.

Примери површинских таласа

Раилеигх таласи

У Раилеигх-овом таласу честице таласне фронте вибрирају у вертикалној равнини, па се каже да су вертикално поларизиране. Честице се крећу у елипси, за разлику од таласа на површини океана, чије је кретање кружно, као што је речено на почетку (иако су близу обале прилично елиптичне).

Главна ос елипсе је вертикална, а мања осовина прати смер ширења, као што је приказано на слици. Тамо се такође примећује да је покрет ретроградан, односно да се изводи у смеру супротном од казаљке на сату.

Слика 4. Раилеигх талас. Извор: Ловрие, В. 2007. Основе геофизике. 2нд. Едитион. Цамбридге Университи Пресс.

Друга важна разлика код водених таласа је у томе што се Раилеигх таласи могу ширити само у чврстим медијима, јер постоји смицарска сила која се не појављује у течностима.

Амплитуда помака честице опада експоненцијално са дубином, јер је талас ограничен на површину, мада је то потрес јаког интензитета, таласи могу кружити Земљом неколико пута пре него што потпуно изблиједе. .

Вавес оф Лове

У љубавним таласима честице су хоризонтално поларизоване и имају велику амплитуду кретања паралелних са површином. Они се крећу нешто споријом брзином од Раилеигх-ових таласа, иако брзина код ових типова таласа зависи од таласне дужине (дисперзивни талас).

Да би се ови таласи могли ширити, мора постојати слој мале брзине који је положен на најмање један слој велике брзине у средини. Попут Раилеигх таласа, Љубавни таласи произведени током земљотреса могу кружити Земљом неколико пута пре него што распрше своју енергију.

Слика 5. Таласи љубави. Извор: Викимедиа Цоммонс. Ницогуаро

Земљани ваљак

Уобичајено је да се ова варијанта Раилеигх-ових таласа, звана гроунд ролл, нађе у записима о сеизмичким истраживањима. Сматра се шумом и мора га се избегавати, јер због велике амплитуде понекад маскира рефлексије које тражите.

Океански таласи

На великој дубини, океански таласи су уздужни таласи, попут звучних. То значи да је његов смер ширења исти као смер у којем честице вибрирају.

Међутим, талас, близу површине, има и уздужне и попречне компоненте, због чега честице слиједе готово кружни пут (види слику 2 десно).

Слика 6. Океански таласи су површински таласи. Извор: Пикабаи.

Референце

1. Фигуероа, Д. 2005. Таласи и квантна физика. Серија физика за науку и инжењерство. Уредио Д. Фигуероа.
2. Гиамбаттиста, А. 2010. Физика. МцГрав Хилл.
3. Ловрие, В. 2007. Основе геофизике. 2нд. Едитион. Цамбридге Университи Пресс.
4. Википедиа. Вавес оф Лове. Опоравак од: ес.википедиа.орг.
5. Википедиа. Раилеигх таласи. Опоравак од: ес.википедиа.орг.
6. Википедиа. Површински таласи. Опоравак од: ен.википедиа.орг.