PITUUSAALLOT: OMINAISUUDET, EROT, ESIMERKIT - FYYSINEN - 2026

Pitkittäinen aallot ilmenevät materiaalin avulla, jossa hiukkaset värähtelevät samansuuntainen aallon liikkuu. kuten seuraavissa kuvissa näkyy. Tämä on sen erottuva piirre.

Ääniaallot, tietyt aallot, jotka ilmestyvät maanjäristyksen aikana, ja ne, jotka syntyy matalissa tai keväällä, kun sille annetaan pieni impulssi akselinsa samaan suuntaan, ovat hyviä esimerkkejä tästä aalluokasta.

Kuva 1. Ääni on pitkittäisaalto, joka tuottaa peräkkäisiä puristuksia ja laajennuksia ilmassa. Lähde: Wikimedia Commons. Pluke

Ääni syntyy, kun esine (kuten hahmon virityshaarukka, soitin tai yksinkertaisesti äänenjohdot) värähtelee väliaineessa, joka pystyy välittämään häiriön molekyyliensä värähtelyn kautta. Ilma on sopiva väliaine, mutta myös nesteitä ja kiinteitä aineita.

Häiriö muuttaa toistuvasti väliaineen painetta ja tiheyttä. Tällä tavalla aalto tuottaa puristuksia ja laajennuksia (harvinaisia ​​fraktioita) väliaineen molekyyleissä, kun energia liikkuu tietyllä nopeudella v.

Korva havaitsee nämä paineenmuutokset korvakkeen värähtelyjen kautta, jonka hermoverkko vastaa muutoksesta pieniksi sähkövirroiksi. Saavuttuaan aivoihin se tulkitsee ne ääninä.

Pituusaallossa jatkuvasti toistuvaa mallia kutsutaan sykliksi, ja sen kesto on aallon jakso. Siellä on myös amplitudi, joka on suurin intensiteetti ja joka mitataan referenssinä käytetyn suuruuden mukaan, äänen tapauksessa se voi olla väliaineen paineen vaihtelu.

Toinen tärkeä parametri on aallonpituus: kahden peräkkäisen puristuksen tai laajennuksen välinen etäisyys, katso kuva 1. Kansainvälisessä järjestelmässä aallonpituus mitataan metreinä. Lopuksi on sen nopeus (kansainvälisessä järjestelmässä metreinä sekunnissa), joka osoittaa kuinka nopeasti energia leviää.

Kuinka pitkittäisaallot ilmestyvät valtamerellä?

Vesistössä aaltoja tuottaa useita syitä (paineen muutokset, tuulet, painovoimavaikutukset muiden tähteiden kanssa). Tällä tavoin meriaallot voidaan luokitella:

- Tuulen aallot

- Vuorovedet

- Tsunamit

Näiden aaltojen kuvaus on melko monimutkainen. Yleensä linjat syvissä vesissä aallot liikkuvat pituussuunnassa tuottaen väliaikaisia ​​puristuksia ja väliaineen laajennuksia, kuten alussa on kuvattu.

Meren pinnalla asiat ovat kuitenkin hiukan erilaisia, koska siellä on hallitsevia ns. Pinta-aaltoja, joissa yhdistyvät pitkittäisaaltojen ja poikittaisaaltojen ominaisuudet. Siksi vesiympäristön syvyydessä liikkuvat aallot eroavat suuresti pinnasta liikkuvista.

Meren pinnalla kelluvalla tukilla on eräänlainen edestakaisin liikkuva tai varovasti pyörivä liike. Itse asiassa kun aallot murtuvat rannalla, aallon pitkittäiset komponentit ovat vallitsevia, ja kun tukki vastaa sitä ympäröivien vesimolekyylien liikkeeseen, sitä myös havaitaan tulevan ja menevän pinnalle.

Kuva 2. Meren aallot pinnalla ovat aaltoja, joilla on osittain pitkittäisaallon ominaisuuksia ja osittain poikittaisia. Lähde: Lähde: Vargklo at en.wikipedia

Syvyyden ja aallonpituuden välinen suhde

Tuotettavan aaltotyypin määräävät tekijät ovat: veden syvyys ja meren aallonpituus. Jos veden syvyyttä tietyssä pisteessä kutsutaan d: ksi, ja aallonpituus on λ, aallot siirtyvät pitkittäisestä pinnalliseksi, kun:

Pinnalla vesimolekyylit saavat pyörimisliikkeet, jotka ne menettävät syvyyden kasvaessa. Vesimassan kitka pohjan kanssa aiheuttaa nämä kiertoradat elliptisiksi, kuten kuviossa 2 esitetään.

Rannalla rannikon lähellä olevat vedet ovat levottomampia, koska siellä aallot rikkoutuvat, vesipartikkelit hidastuvat pohjassa ja tämä aiheuttaa lisää vettä kerääntyvän harjanteisiin. Sitä vastoin syvemmissä vesissä havaitaan, kuinka aallot pehmenevät.

Kun d >> λ / 2 on syvänmeren aaltoja tai lyhyitä aaltoja, pyöreät tai elliptiset kiertoradat pienenevät ja pitkittäisaallot ovat vallitsevia. Ja jos d << λ / 2, aallot ovat pintavesistä tai pitkistä aalloista.

Eroa leikkausaaltoissa

Sekä pitkittäis- että poikittaisaallot kuuluvat mekaanisten aaltojen luokkaan, joiden leviämiseen tarvitaan materiaaliväliaine.

Suurin ero, joka tehtiin näiden kahden välillä, mainittiin alussa: poikittaisissa aalloissa väliaineen hiukkaset liikkuvat kohtisuorassa aallon etenemissuuntaan nähden, kun taas pitkittäisaalloilla ne värähtelevät samaan suuntaan, mitä seuraa häiriö. Mutta on enemmän erottuvia piirteitä:

Lisää eroja poikittais- ja pitkittäisaaltojen välillä

- Poikittaisessa aallossa erotetaan rinnat ja laaksot, jotka pitkittäissuunnassa vastaavat puristuksia ja laajennuksia.

- Toinen ero on, että pitkittäisaallot eivät ole polarisoituneita, koska aallon nopeuden suunta on sama kuin värähtelevien hiukkasten liikkeen.

- Poikittaiset aallot voivat levitä missä tahansa väliaineessa ja jopa tyhjiössä, kuten sähkömagneettiset aallot. Toisaalta nesteiden sisällä, joilla ei ole jäykkyyttä, hiukkasilla ei ole muuta vaihtoehtoa liukua toistensa ohitse ja liikkua häiriön tapaan, ts. Pitkittäisesti.

Seurauksena valtameren ja ilmakehän massojen keskeltä lähtevät aallot ovat pitkittäisiä, koska poikittaiset aallot vaativat väliaineita, joilla on riittävä jäykkyys, jotta tunnetut kohtisuorat liikkeet olisivat mahdollistavat.

- Pitkittäisaallot aiheuttavat paineen ja tiheyden vaihtelut väliaineessa, jonka läpi ne leviävät. Toisaalta poikittaisaallot eivät vaikuta väliaineeseen tällä tavalla.

Yhdenmukaisuudet pitkittäis- ja poikittaisaaltojen välillä

Niillä on samat yhteiset osat: jakso, amplitudi, taajuus, syklit, vaihe ja nopeus. Kaikki aallot käyvät läpi heijastuksen, taittumisen, diffraktion, häiriöt ja Doppler-vaikutuksen, ja kuljettavat energiaa väliaineen läpi.

Vaikka piikit ja laaksot eroavat poikittaisesta aallosta, pitkittäisaallon puristukset ovat analogisia piikkien ja laaksojen laajenemisten kanssa siten, että molemmat aallot myöntävät saman siniaalisen tai siniaaltoaalon matemaattisen kuvauksen.

Esimerkkejä pitkittäisaaltoista

Ääniaallot ovat tyypillisimpiä pitkittäisaaltoja ja ovat tutkituimpia, koska ne ovat viestinnän ja musiikillisen ilmaisun perusta, syyt niiden merkitykselle ihmisten elämässä. Ääni-aalloilla on lisäksi tärkeitä sovelluksia lääketieteessä, sekä diagnoosissa että hoidossa.

Ultraäänitekniikka on tunnettu lääketieteellisten kuvien saamiseksi sekä munuaiskivien hoitamiseksi muun muassa. Ultraääntä tuottaa pietsosähköinen kide, joka pystyy luomaan pitkittäisen paineaalon, kun sähkökenttä kohdistetaan (se tuottaa myös virran, kun paine kohdistetaan).

Jotta todella näkisit kuinka pitkittäisaalto näyttää, ei ole mitään parempaa kuin jouset tai slinkyt. Antamalla jouselle pienen impulssin on heti tarkkailtava, kuinka puristukset ja laajenemiset etenevät vuorotellen koko käännöksen ajan.

- Seismiset aallot

Pituusaallot ovat myös osa seismisiä liikkeitä. Maanjäristykset koostuvat erityyppisistä aalloista, joita ovat P- tai primaari-aallot ja S- tai toissijaiset aallot. Ensin mainitut ovat pitkittäisiä, kun taas jälkimmäisissä keskipitkät hiukkaset värähtelevät poikittaissuunnassa aallon siirtymiseen nähden.

Maanjäristyksissä syntyy sekä pitkittäisaaltoja (primaariset P-aallot) että poikittaisiaaltoja (toissijaiset S-aallot) kuin muita tyyppejä, kuten pinta-Rayleigh-aaltoja ja rakkausaaltoja.

Itse asiassa pitkittäisaallot ovat ainoat, joiden tiedetään kulkevan Maan keskustan läpi. Koska tutkijat liikkuvat vain nestemäisissä tai kaasumaisissa väliaineissa, tutkijoiden mielestä maapallon ydin koostuu pääosin sulasta raudasta.

- Sovellusharjoitus

Maanjäristyksen aikana tuotetut P- ja S-aallot kulkevat eri nopeuksilla maapallolla, joten niiden saapumisajat seismografisilla asemilla ovat erilaisia ​​(katso kuva 3). Tämän ansiosta on mahdollista määrittää etäisyys maanjäristyksen keskukseen triangulaatiolla käyttämällä kolmen tai useamman aseman tietoja.

Kuva 3. Seismiset aallot P ja S saapuvat seismografeihin eri aikoina, koska niiden nopeudet ovat erilaiset. Lähde: Wikimedia Commons.

Oletetaan, että v _P = 8 km / s on P-aaltojen nopeus, kun taas S-aaltojen nopeus on v _S = 5 km / s. P-aallot saapuvat 2 minuuttia ennen ensimmäisiä S-aaltoja.Kuinka kuinka laskea etäisyys keskuksesta?

Vastaa

Olkoon D etäisyys epicentrin ja seismologisen aseman välillä. Toimitettujen tietojen perusteella kunkin aallon kulkuaika t _P ja t _S löytyy:

v _P = D / t _P

v _S = D / t _S

Ero on Δt = t _S - t _P:

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

D-arvon ratkaiseminen:

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

Tietäen, että 2 minuuttia = 120 sekuntia ja korvaamalla loput arvot:

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

Viitteet

1. Ero poikittais- ja pitkittäisaaltojen välillä. Palautettu osoitteesta: physicsabout.com.
2. Figueroa, D. 2005. Aallot ja kvanttifysiikka. Fysiikan sarja tiedettä ja tekniikkaa varten. Osa 7. Toimittaja Douglas Figueroa. Simon Bolivar University. 1-58.
3. Infrapuna- ja ultraääni. Palautettu osoitteesta: lpi.tel.uva.es
4. Rex, A. 2011. Fysiikan perusteet. Pearson. 263-286.
5. Russell, D. Pitkittäis- ja poikittaisliikkeiden liike. Haettu osoitteesta acs.psu.edu.
6. Vesiaallot. Haettu osoitteesta labman.phys.utk.edu.