UZDUŽNI VALOVI: KARAKTERISTIKE, RAZLIKE, PRIMJERI - FIZIČKA - 2024

Su uzdužne valovi se očituju u materijalnih sredstava u kojem se čestice oscilirati paralelno smjeru val putuje. kao što će se vidjeti na sljedećim slikama. To je njegova karakteristična karakteristika.

Zvučni valovi, određeni valovi koji se pojavljuju za vrijeme potresa i oni koji nastaju u tmurnom ili proljetnom trenutku kad se daje mali impuls u istom smjeru njegove osi, dobri su primjeri ove klase valova.

Slika 1. Zvuk je uzdužni val koji stvara uzastopne kompresije i širenja u zraku. Izvor: Wikimedia Commons. Pluke

Zvuk nastaje kada predmet (poput tuning vilice, glazbeni instrument ili jednostavno glasnice) napravi da vibrira u mediju koji može prenijeti poremećaj vibracijama svojih molekula. Zrak je pogodan medij, ali su i tekućina i kruta tvar.

Uznemiravanje opetovano mijenja tlak i gustoću medija. Na taj način val proizvodi kompresije i ekspanzije (razrjeđenja) u molekulama medija, dok se energija kreće s određenom brzinom v.

Te promjene tlaka uho opaža kroz vibracije u bubnjem kanalu, za koje je živčana mreža odgovorna za pretvaranje u sitne električne struje. Kad dođu do mozga, on ih tumači kao zvukove.

U uzdužnom valu val koji se neprestano ponavlja naziva se ciklusom, a njegovo trajanje razdobljem vala. Postoji i amplituda, koja je maksimalni intenzitet i koja se mjeri prema veličini koja se uzima kao referentna, u slučaju zvuka može biti varijacija tlaka u mediju.

Drugi važan parametar je valna duljina: udaljenost između dva uzastopna kompresije ili širenja, vidi sliku 1. U Međunarodnom sustavu valna se duljina mjeri u metrima. Konačno, tu je njegova brzina (u metrima / sekundi za Međunarodni sustav), što pokazuje koliko brzo se energija širi.

Kako se u oceanskim valovima pojavljuju uzdužni valovi?

U vodenom tijelu valovi nastaju iz više razloga (promjene tlaka, vjetrovi, gravitacijske interakcije s drugim zvijezdama). Na taj se način morski valovi mogu klasificirati u:

- Vjetar valovi

- Plime

- Cunami

Opis ovih valova je prilično složen. Općenito, valovi se u dubokim vodama kreću uzdužno, stvarajući periodične kompresije i širenja medija, kako je opisano na početku.

Međutim, na površini mora stvari su malo drugačije, budući da prevladavaju tzv površinski valovi, koji kombiniraju karakteristike uzdužnih valova i poprečnih valova. Stoga se valovi koji se kreću u dubinama vodenog okoliša uvelike razlikuju od onih koji se kreću površinom.

Trup koji pluta na morskoj površini ima svojevrsno okretno ili lagano rotirajuće kretanje. Doista, kada se valovi razbiju na obali, to prevladavaju uzdužne komponente vala, a kako loga reagira na kretanje molekula vode koja ga okružuje, također se promatra kako dolazi i ide na površinu.

Slika 2. Morski valovi na površini su valovi koji dijelom imaju longitudinalne karakteristike valova, a dijelom poprečno. Izvor: Izvor: Vargklo na en.wikipedia

Odnos dubine i valne duljine

Čimbenici koji određuju vrstu vala koji nastaje jesu: dubina vode i valna duljina morskog vala. Ako se dubina vode u određenoj točki naziva d, a valna duljina je λ, valovi prelaze iz uzdužnih u površne kada:

Na površini molekule vode stječu rotacijske pokrete koje gube kako se dubina povećava. Trenje vodene mase o dnu uzrokuje da ove orbite postanu eliptične, kao što je prikazano na slici 2.

Na plažama su vode u blizini obale nemirnije jer se valovi raspadaju, vodene čestice se usporavaju na dnu i to uzrokuje nakupljanje više vode na grebenima. S druge strane, u dubljim vodama opaža se kako valovi omekšaju.

Kad d >> λ / 2 imamo duboke vodene valove ili kratke valove, kružne ili eliptične orbite se smanjuju u veličini i prevladavaju uzdužni valovi. A ako je d << λ / 2 valovi su iz površinskih voda ili dugih valova.

Razlike sa smicanjem valova

Uzdužni i poprečni valovi spadaju u kategoriju mehaničkih valova kojima je za širenje potreban materijalni medij.

Glavna razlika između njih spomenuta je na početku: u poprečnim valovima čestice medija kreću se okomito na smjer širenja vala, dok u uzdužnim valovima osciliraju u istom smjeru, nakon čega slijedi poremećaj. Ali postoje i više karakteristika:

Više razlike između poprečnih i uzdužnih valova

- U poprečnom valu se razlikuju grebeni i doline koji su u uzdužnom stanju jednaki kompresijama i proširenjima.

- Druga je razlika u tome što uzdužni valovi nisu polarizirani, jer je smjer brzine vala isti kao u kretanju oscilirajućih čestica.

- Poprečni valovi se mogu širiti u bilo kojem mediju, pa čak i u vakuumu, poput elektromagnetskih valova. S druge strane, unutar tekućine, kojoj nedostaje krutost, čestice nemaju drugog izbora osim da se prevuku jedna pokraj druge i kreću se kao smetnja, tj. Uzdužno.

Kao posljedica toga, valovi koji potječu usred oceanske i atmosferske mase su uzdužni, jer poprečni valovi trebaju medije s dovoljno krutosti da omoguće karakteristična okomita kretanja.

- Uzdužni valovi uzrokuju promjene tlaka i gustoće u mediju kroz koji se šire. S druge strane, poprečni valovi na takav način ne utječu na medij.

Sličnosti između uzdužnih i poprečnih valova

Imaju iste zajedničke dijelove: razdoblje, amplituda, frekvencija, ciklusi, faza i brzina. Svi valovi prolaze refleksiju, refrakciju, difrakciju, interferenciju i Doplerov efekt i nose energiju kroz medij.

Iako su vrhovi i doline karakteristični za poprečni val, kompresije u uzdužnom valu su analogne vrhovima, a proširenja dolinama, na način da oba talasa priznaju isti matematički opis sinusnog ili sinusnog vala.

Primjeri uzdužnih valova

Zvučni valovi su najtipičniji uzdužni valovi i spadaju u najpreispitivanije, budući da su temelj komunikacije i glazbenog izražavanja, razlozi njihove važnosti u životu ljudi. Uz to, zvučni valovi imaju važnu primjenu u medicini, kako u dijagnostici, tako i u liječenju.

Ultrazvučna tehnika je dobro poznata za dobivanje medicinskih slika, kao i za liječenje bubrežnih kamenaca, između ostalih primjena. Ultrazvuk generira piezoelektrični kristal koji može stvoriti uzdužni val tlaka kada se primjenjuje električno polje (također stvara struju kada se primjenjuje tlak).

Da biste stvarno vidjeli kako izgleda uzdužni val, ništa bolje od opruga ili kliznih zavojnica. Dajući mali impuls opruzi, odmah je promatrati kako se kompresije i ekspanzije šire naizmjenično kroz zavoje.

- Seizmički valovi

Uzdužni valovi su također dio seizmičkih pokreta. Potresi se sastoje od različitih vrsta valova, među kojima su P ili primarni valovi i S ili sekundarni valovi. Prve su uzdužne, dok u drugom srednje čestice vibriraju u smjeru koji je poprečan pomicanju vala.

U zemljotresima se na površini stvaraju i uzdužni valovi (primarni P valovi) i poprečni valovi (sekundarni S valovi) i druge vrste, poput Rayleighovih valova i Ljubavnih valova.

U stvari, uzdužni valovi su jedini za koje se zna da putuju kroz središte Zemlje. Budući da se kreću samo u tekućim ili plinovitim medijima, znanstvenici smatraju da se jezgra Zemlje sastoji uglavnom od rastaljenog željeza.

- Vježba prijave

P valovi i S valovi proizvedeni tijekom zemljotresa na Zemlji putuju različitim brzinama, tako da su njihova vremena dolaska na seizmografske stanice različite (vidi sliku 3). Zahvaljujući tome, moguće je odrediti udaljenost do epicentra potresa pomoću triangulacije, koristeći podatke s tri ili više postaja.

Slika 3. Seizmički valovi P i S stižu do seizmografa s različitim vremenima, jer su njihove brzine različite. Izvor: Wikimedia Commons.

Pretpostavimo da je v _P = 8 km / s je brzina P valova, a brzina je S valova v _S = 5 km / s. P valovi stižu 2 minute prije prvih S valova.Kako izračunati udaljenost od epicentra?

Odgovor

Neka je D udaljenost između epicentra i seizmološke stanice. Uz dostavljene podatke, može se pronaći vrijeme putovanja t _P i t _S svakog vala:

v _P = D / t _P

v _S = D / t _S

Razlika je Δt = t _S - t _P:

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

Rješavanje za vrijednost D:

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

Znajući da su 2 minute = 120 sekundi i zamjenjuju ostale vrijednosti:

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

Reference

1. Razlika između poprečnih i uzdužnih valova. Oporavilo od: physicsabout.com.
2. Figueroa, D. 2005. Valovi i kvantna fizika. Serija fizika za znanost i inženjerstvo. Svezak 7. Uredio Douglas Figueroa. Sveučilište Simon Bolivar. 1-58.
3. Infrazvuk i ultrazvuk. Oporavak od: lpi.tel.uva.es
4. Rex, A. 2011. Osnove fizike. Pearson. 263-286.
5. Russell, D. Uzdužno i poprečno gibanje valova. Preuzeto sa: acs.psu.edu.
6. Vodeni valovi. Preuzeto s: labman.phys.utk.edu.