GARENVIRZIENA VIĻŅI: RAKSTURLIELUMI, ATŠĶIRĪBAS, PIEMĒRI - FIZISKĀ - 2025

The garengriezuma viļņi izpaužas materiālu palīdzību, kurā daļiņas svārstīties paralēli kustības virzienam vilnis pārvietojas. kā tas būs redzams turpmākajos attēlos. Tā ir tā atšķirīgā iezīme.

Skaņas viļņi, atsevišķi viļņi, kas parādās zemestrīces laikā, un tie, kas rodas slinkumā vai pavasarī, kad tam tiek dots neliels impulss tās pašas virziena virzienā, ir labi šīs viļņu klases piemēri.

1. attēls. Skaņa ir garenvirziena vilnis, kas gaisā rada secīgas kompresijas un izplešanos. Avots: Wikimedia Commons. Pluke

Skaņa tiek radīta, kad priekšmets (piemēram, figūras skaņošanas dakša, mūzikas instruments vai vienkārši balss auklas) tiek vibrēts vidē, kas spēj pārraidīt traucējumus, pateicoties tā molekulu vibrācijai. Gaiss ir piemērota vide, bet ir arī šķidrumi un cietās vielas.

Traucējumi atkārtoti maina barotnes spiedienu un blīvumu. Tādā veidā vilnis rada saspiešanu un paplašināšanos (retifaktūras) barotnes molekulās, jo enerģija pārvietojas ar noteiktu ātrumu v .

Šīs spiediena izmaiņas auss uztver ar vibrācijām bungādiņā, kuras nervu tīkls ir atbildīgs par pārvēršanos sīkās elektriskās strāvās. Nokļūstot smadzenēs, tas tos interpretē kā skaņas.

Garenvirzienā modeli, kas nepārtraukti atkārtojas, sauc par ciklu, un tā ilgums ir viļņa periods. Ir arī amplitūda, kas ir maksimālā intensitāte un kuru mēra pēc lieluma, kas tiek ņemts par atskaites punktu, skaņas gadījumā tā var būt spiediena variācija vidē.

Vēl viens svarīgs parametrs ir viļņa garums: attālums starp diviem secīgiem saspiešanas vai paplašināšanas gadījumiem, sk. 1. attēlu. Starptautiskajā sistēmā viļņa garumu mēra metros. Visbeidzot, ir ātrums (metros sekundē Starptautiskajai sistēmai), kas norāda, cik ātri enerģija izplatās.

Kā garenvirziena viļņi parādās okeāna viļņos?

Ūdens ķermenī viļņus rada vairāki cēloņi (spiediena izmaiņas, vēji, gravitācijas mijiedarbība ar citām zvaigznēm). Tādā veidā jūras viļņus var klasificēt:

- Vēja viļņi

- Paisumi

- cunami

Šo viļņu apraksts ir diezgan sarežģīts. Parasti dziļos ūdeņos viļņi pārvietojas gareniski, radot barotnes periodiskas saspiešanas un paplašināšanos, kā aprakstīts sākumā.

Tomēr uz jūras virsmas lietas ir nedaudz atšķirīgas, jo ir pārsvarā tā sauktie virszemes viļņi, kas apvieno garenvirziena un šķērsviļņu īpašības. Tāpēc viļņi, kas pārvietojas ūdens vides dziļumā, ievērojami atšķiras no viļņiem, kas pārvietojas pa virsmu.

Baļķim, kas peld uz jūras virsmas, ir sava veida abpusēja vai maigi rotējoša kustība. Patiešām, kad viļņi sabojājas krastā, dominē viļņa garenvirziena komponenti, un, tā kā baļķis reaģē uz apkārtējo ūdens molekulu kustību, tas tiek novērots arī nāk un iet uz virsmas.

2. attēls. Jūras viļņi virspusē ir viļņi, kuriem daļēji ir garenvirziena viļņu raksturlielumi un daļēji šķērseniski. Avots: Avots: Vargklo vietnē en.wikipedia

Attiecība starp dziļumu un viļņa garumu

Faktori, kas nosaka radītā viļņa veidu, ir: ūdens dziļums un jūras viļņa garums. Ja ūdens dziļumu noteiktā punktā sauc par d un viļņa garums ir λ, viļņi pāriet no garenvirziena uz virspusēju, ja:

Uz virsmas ūdens molekulas iegūst rotācijas kustības, kuras tās zaudē, palielinoties dziļumam. Ūdens masas berze ar dibenu liek šīm orbītām kļūt elipsveida, kā parādīts 2. attēlā.

Pludmalēs netālu no krasta esošie ūdeņi ir nemierīgāki, jo tur viļņi sabojājas, ūdens daļiņas apakšā tiek palēninātas, un tas rada vairāk ūdens uzkrāšanos uz grēdām. No otras puses, dziļākos ūdeņos tiek uztverts, kā viļņi mīkstina.

Kad d >> λ / 2 mums ir dziļa ūdens viļņi vai īsi viļņi, apļveida vai eliptiskas orbītas samazinās pēc lieluma un dominē garenvirziena viļņi. Un, ja d << λ / 2, viļņi ir no virszemes ūdeņiem vai gariem viļņiem.

Atšķirības ar bīdes viļņiem

Gan garenvirziena, gan šķērsvirzieni pieder mehānisko viļņu kategorijai, kuru izplatībai ir nepieciešama materiāla vide.

Sākotnēji tika pieminēta galvenā atšķirība starp abām: šķērsviļņos barotnes daļiņas pārvietojas perpendikulāri viļņa izplatīšanās virzienam, savukārt garenvirziena viļņos tās svārstās tajā pašā virzienā, kam seko traucējumi. Bet ir arī atšķirīgākas iezīmes:

Vairāk atšķirību starp šķērsvirziena un garenvirziena viļņiem

- Šķērsvirzienā izšķir cortus un ielejas, kas garenvirzienā ir līdzvērtīgas saspiešanai un paplašināšanai.

- Vēl viena atšķirība ir tā, ka garenvirziena viļņi nav polarizēti, jo viļņa ātruma virziens ir tāds pats kā svārstīgo daļiņu kustības virziens.

- šķērsvirziena viļņi var izplatīties jebkurā vidē un pat vakuumā, piemēram, elektromagnētiskos viļņos. No otras puses, šķidrumu iekšpusē, kuriem nav stingrības, daļiņām nav citas iespējas kā slīdēt garām viena otrai un kustēties, kā traucē, tas ir, gareniski.

Rezultātā viļņi, kas radušies okeāna un atmosfēras masu vidusdaļā, ir gareniski, jo šķērsvirzieniem ir nepieciešama pietiekami stingra barotne, lai varētu veikt raksturīgās perpendikulārās kustības.

- Garenvirziena viļņi rada spiediena un blīvuma izmaiņas vidē, caur kuru tie izplatās. No otras puses, šķērsvirziena viļņi šādā veidā neietekmē vidi.

Līdzības starp garenvirziena un šķērsvirziena viļņiem

Viņiem ir vienādas kopīgās daļas: periods, amplitūda, frekvence, cikli, fāze un ātrums. Visi viļņi tiek pakļauti refleksijai, refrakcijai, difrakcijai, traucējumiem un Doplera efektam, un caur enerģiju nes enerģiju.

Kaut arī virsotnēm un ielejām ir atšķirīgs šķērsvirziena vilnis, saspiešanās gareniskajā viļņā ir analoģiska virsotnēm un ieleju paplašinājumiem tādā veidā, ka abi viļņi atzīst vienādu sinusoidālā viļņa vai sinusoidālā viļņa matemātisko aprakstu.

Garenisko viļņu piemēri

Skaņas viļņi ir tipiskākie garenvirziena viļņi, un tie ir vieni no visvairāk pētītajiem, jo ​​tie ir komunikācijas un muzikālās izteiksmes pamats, to nozīmības cilvēku dzīvē iemesli. Turklāt skaņas viļņiem ir liela nozīme medicīnā gan diagnostikā, gan ārstēšanā.

Ultraskaņas metode ir labi pazīstama medicīnisko attēlu iegūšanai, kā arī nieru akmeņu ārstēšanai, cita starpā. Ultraskaņu rada pjezoelektrisks kristāls, kas, radot elektrisko lauku, var radīt garenisku spiediena vilni (tas arī rada strāvu, ja tiek veikts spiediens).

Lai tiešām redzētu, kā izskatās garenvirziens, nekas labāks par spirāles atsperēm vai slinkiem. Piešķirot nelielu atsperes impulsu, ir nekavējoties jānovēro, kā visu pagriezienu laikā pārmaiņus izplatās saspiešanas un izplešanās.

- seismiskie viļņi

Gaismas viļņi ir arī seismisko kustību daļa. Zemestrīces sastāv no dažāda veida viļņiem, starp kuriem ir P vai primārie viļņi un S vai sekundārie viļņi. Pirmie ir gareniski, savukārt pēdējās vidējās daļiņas vibrē virzienā, kas šķērso viļņa pārvietojumu.

Zemestrīcēs uz virsmas rodas gan garenvirziena viļņi (primārie P viļņi), gan šķērsvirziena viļņi (sekundārie S viļņi), kā arī citi veidi, piemēram, Reilija viļņi un Mīlestības viļņi.

Faktiski garenvirziena viļņi ir vienīgie, kas zināmi pārvietojas pa Zemes centru. Tā kā tie pārvietojas tikai šķidrā vai gāzveida vidē, zinātnieki domā, ka Zemes kodolu galvenokārt veido izkausēts dzelzs.

- Pieteikuma vingrinājums

P un S viļņi, kas rodas zemestrīces laikā, uz Zemes pārvietojas ar dažādu ātrumu, tāpēc to ierašanās laiki seismogrāfiskajās stacijās ir atšķirīgi (sk. 3. attēlu). Pateicoties tam, izmantojot triangulatūru, ir iespējams noteikt attālumu līdz zemestrīces epicentram, izmantojot datus no trim vai vairāk stacijām.

3. attēls. Seismiskie viļņi P un S nonāk pie seismogrāfiem ar atšķirīgu laiku, jo to ātrumi ir atšķirīgi. Avots: Wikimedia Commons.

Pieņemsim, ka v _P = 8 km / s ir P viļņu ātrums, savukārt S viļņu ātrums ir v _S = 5 km / s. P viļņi ierodas 2 minūtes pirms pirmajiem S viļņiem.Kā aprēķināt attālumu no epicentra?

Atbildi

D ir attālums starp epicentru un seismoloģisko staciju. Izmantojot iesniegtos datus, var atrast katra viļņa pārvietošanās laiku t _P un t _S :

v _P = D / t _P

v _S = D / t _S

Starpība ir Δt = t _S - t _P :

Δt = D / v _S - D / v _P = D (1 / v _S - 1 / v _P )

D vērtības aprēķināšana:

D = Δt / (1 / v _S - 1 / v _P ) = (Δt. V _P. V _C ) / (v _P - v _C )

Zinot, ka 2 minūtes = 120 sekundes, un aizstājot pārējās vērtības:

D = 120 s. (8 km / s. 5 km / s) / ((8 - 5 km / s) = 1600 km.

Atsauces

1. Atšķirība starp šķērsvirziena un garenvirziena viļņiem. Atgūts no: physicsabout.com.
2. Figueroa, D. 2005. Viļņu un kvantu fizika. Fizikas sērija zinātnei un inženierijai. 7. sējums. Rediģējis Douglas Figueroa. Simona Bolivāra universitāte. 1-58.
3. Infraskaņas un ultraskaņa. Atgūts no: lpi.tel.uva.es
4. Rekss, A. 2011. Fizikas pamati. Pīrsons. 263-286.
5. Rasels, D. Gareniskā un šķērsvirziena viļņu kustība. Saturs iegūts no: acs.psu.edu.
6. Ūdens viļņi. Saturs iegūts no: labman.phys.utk.edu.