- ประเภทของคลื่นผิวน้ำ
- คลื่นยืดหยุ่นผิวเผินบนพื้นผิวโลก
- ตัวอย่างของคลื่นผิวน้ำ
- คลื่นเรย์ลี
- คลื่นแห่งความรัก
- ม้วนพื้น
- คลื่นทะเล
- อ้างอิง
คลื่นพื้นผิวคือคลื่นที่อนุภาคสั่นมีการเคลื่อนไหวในสองมิติเช่นคลื่นที่เกิดขึ้นเมื่อหินถูกทิ้งลงในบ่อหรือทะเลสาบ
คลื่นประเภทนี้เกิดขึ้นที่ส่วนต่อประสานระหว่างสื่อสองชนิดที่แตกต่างกันเช่นมหาสมุทรกับอากาศหรือระหว่างพื้นผิวโลกกับอากาศ นี่คือคลื่นที่อนุภาคสัมผัสตามขวางรวมกับการกระจัดตามยาวนั่นคือสองมิติ
รูปที่ 1. คลื่นผิวน้ำในบ่อ ที่มา: Pixabay
ตัวอย่างเช่นอนุภาคของน้ำบนพื้นผิวมหาสมุทร - คลื่น - เคลื่อนที่เป็นวงกลม เมื่อคลื่นซัดเข้าหาฝั่งการเคลื่อนตัวตามแนวยาวจะมีผลเหนือกว่าดังนั้นสาหร่ายทะเลหรือท่อนไม้ที่ลอยอยู่จะเคลื่อนที่อย่างราบรื่นจากด้านหน้าไปด้านหลัง
คลื่นยังเคลื่อนที่บนพื้นผิวโลกในลักษณะที่คล้ายคลึงกับคลื่นทะเล พวกมันเดินทางด้วยความเร็วที่ช้ากว่าคลื่นที่เคลื่อนที่ผ่านปริมาตรของโลกภายใน แต่สามารถทำให้เกิดเสียงสะท้อนในอาคารได้ง่ายกว่า
เนื่องจากคลื่นก่อให้เกิดการสั่นสะเทือนและนำพาพลังงานจึงมีผลทำลายล้างระหว่างเกิดแผ่นดินไหว
รูปที่ 2 คลื่นผิวน้ำในมหาสมุทร อนุภาคของน้ำเคลื่อนที่ในทิศทางตามเข็มนาฬิกาเมื่อการเคลื่อนที่ของคลื่นจากซ้ายไปขวา ที่จุดสูงสุดพวกเขาอยู่บนยอดคลื่นในขณะที่จุดต่ำสุดเรียกว่าช่อง ที่มาของรูปซ้าย: F. Zapata ที่มารูปขวา: Giambattista, A. 2010. Physics. ครั้งที่ 2 ฉบับ McGraw Hill
ประเภทของคลื่นผิวน้ำ
คลื่นประเภทใด ๆ ไม่ว่าจะเป็นผิวเผินหรือไม่ก็ตามเป็นคำตอบของสมการคลื่นซึ่งใช้กับการเคลื่อนที่ของคลื่นเกือบทุกประเภทไม่เพียง แต่เชิงกลตามตัวอย่างที่อธิบายไว้ แต่ยังรวมถึงคลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งเป็นก คลื่นชนิดต่าง ๆ ตามขวาง
สมการคลื่นซึ่งได้มาจากกฎข้อที่สองของนิวตันเขียนไว้ดังนี้:
ในสมการข้างต้น u คือฟังก์ชันคลื่นที่ขึ้นอยู่กับพิกัดเชิงพื้นที่ทั้งสาม x, y และ z บวกเวลา t: u = u (x, y, z, t) นอกจากนี้ v คือความเร็วของการรบกวน สมการคลื่นสามารถระบุได้ในระบบพิกัดอื่น ๆ ขึ้นอยู่กับรูปทรงเรขาคณิตที่ต้องการ
ในการหาคำตอบของสมการจะมีการปรับให้เข้ากับเงื่อนไขของปัญหาซึ่งตัวอย่างเช่นรูปทรงเรขาคณิตถูกคั่นและคุณสมบัติของสื่อที่ทำให้เกิดการเคลื่อนไหวรบกวน
คลื่นผิวน้ำมีหลายประเภทเช่น
- คลื่นแรงโน้มถ่วง (คลื่นแรงโน้มถ่วง) เหมือนคลื่นทะเลที่อธิบายไว้ตอนต้นซึ่งแรงโน้มถ่วงให้แรงฟื้นฟูที่ช่วยให้เคลื่อนที่ตามขวางได้
- พื้นผิวบวมในบ่อนี่คือแรงตึงผิวของน้ำที่ออกแรงในการบูรณะ
- คลื่นยืดหยุ่นที่เคลื่อนที่บนพื้นผิวโลกขณะเกิดแผ่นดินไหว
- คลื่นแม่เหล็กไฟฟ้าซึ่งแม้จะเป็นคลื่นตามขวางก็สามารถนำไปสู่การเคลื่อนที่บนพื้นผิวได้อย่างถูกต้อง
- คลื่นบางประเภทที่เกิดขึ้นในสายกีตาร์เมื่อสายถูกกระทบด้วยแรง
คลื่นยืดหยุ่นผิวเผินบนพื้นผิวโลก
รูปที่ 3. คลื่นผิวน้ำบนพื้นผิวโลก การเคลื่อนที่ของอนุภาคเป็นการรวมกันของการเคลื่อนที่ตามขวางและตามยาว ที่มา: Giambattista, A. 2010. Physics. ครั้งที่ 2 ฉบับ McGraw Hill
เมื่อแก้สมการคลื่นคำตอบตามที่เราได้กล่าวไปจะสอดคล้องกับคลื่นประเภทต่างๆ เมื่อสิ่งรบกวนเคลื่อนที่ไปในตัวกลางที่เป็นของแข็งเช่นเปลือกโลกมีความเป็นไปได้ที่จะตั้งสมมติฐานบางอย่างเกี่ยวกับสิ่งนี้ที่ทำให้กระบวนการง่ายขึ้น
ด้วยเหตุนี้ตัวกลางจึงได้รับการพิจารณาว่ามีความยืดหยุ่นเป็นเนื้อเดียวกันและไอโซทรอปิกซึ่งหมายความว่าคุณสมบัติของมันจะเหมือนกันโดยไม่คำนึงถึงตำแหน่งหรือทิศทาง
ด้วยเหตุนี้คำตอบสองข้อสำหรับสมการคลื่นในตัวกลางยืดหยุ่นจึงสอดคล้องกับคลื่นพื้นผิว:
- Waves of Rayleigh ตั้งชื่อตาม Lord Rayleigh (1842-1919) นักฟิสิกส์ชาวอังกฤษผู้บรรยายครั้งแรก
- คลื่นแห่งความรักโดยออกัสตัสเลิฟนักธรณีฟิสิกส์และนักคณิตศาสตร์ชาวอังกฤษ (1863-1940) ผู้พัฒนาทฤษฎีคลื่นเหล่านี้ในผลงานเรื่องความยืดหยุ่น
ในแผ่นดินไหวคลื่นเหล่านี้เรียกว่าคลื่น L เพื่อแยกความแตกต่างจากคลื่น P และคลื่น S ซึ่งทั้งสองถือว่าเป็นคลื่นปริมาตร (คลื่นร่างกาย) ซึ่งเป็นวิธีแก้สมการของคลื่นด้วยเงื่อนไขที่อธิบายไว้ข้างต้น คลื่น P เป็นคลื่นตามยาวและคลื่น S ตามขวาง
ตัวอย่างของคลื่นผิวน้ำ
คลื่นเรย์ลี
ในคลื่นเรย์ลีอนุภาคหน้าคลื่นจะสั่นในระนาบแนวตั้งดังนั้นจึงกล่าวได้ว่าเป็นโพลาไรซ์ในแนวตั้ง อนุภาคเคลื่อนที่เป็นวงรีซึ่งแตกต่างจากคลื่นบนพื้นผิวของมหาสมุทรซึ่งมีการเคลื่อนที่เป็นวงกลมดังที่กล่าวไว้ในตอนต้น (แม้ว่าจะอยู่ใกล้ชายฝั่ง แต่ก็ค่อนข้างเป็นวงรี)
แกนหลักของวงรีเป็นแนวตั้งและแกนรองตามทิศทางของการแพร่กระจายดังแสดงในรูป นอกจากนี้ยังมีข้อสังเกตว่าการเคลื่อนไหวถอยหลังเข้าคลองนั่นคือจะดำเนินการในทิศทางทวนเข็มนาฬิกา
รูปที่ 4 คลื่นเรย์ลี ที่มา: Lowrie, W. 2007. Fundamentals of Geophysics. ครั้งที่ 2 ฉบับ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
ความแตกต่างที่สำคัญอีกประการหนึ่งกับคลื่นน้ำคือคลื่น Rayleigh สามารถแพร่กระจายในสื่อของแข็งเท่านั้นเนื่องจากมีแรงเฉือนที่ไม่เกิดขึ้นในของเหลว
แอมพลิจูดของการกระจัดของอนุภาคจะลดลงแบบทวีคูณตามความลึกเนื่องจากคลื่นถูกกักขังอยู่ที่พื้นผิวแม้ว่าจะเป็นแผ่นดินไหวที่มีความรุนแรงสูงคลื่นสามารถวนรอบโลกได้หลายครั้งก่อนที่จะจางหายไปอย่างสมบูรณ์ .
คลื่นแห่งความรัก
คลื่นอินเลิฟอนุภาคจะมีขั้วในแนวนอนและมีแอมพลิจูดขนาดใหญ่ในการเคลื่อนที่ขนานกับพื้นผิว พวกมันเคลื่อนที่ด้วยความเร็วที่ช้ากว่าคลื่น Rayleigh เล็กน้อยแม้ว่าความเร็วของคลื่นประเภทนี้จะขึ้นอยู่กับความยาวคลื่น (คลื่นกระจาย)
เพื่อให้คลื่นเหล่านี้แพร่กระจายต้องมีเลเยอร์ความเร็วต่ำซ้อนทับอยู่ตรงกลางอย่างน้อยหนึ่งชั้นความเร็วสูงกว่า เช่นเดียวกับคลื่นเรย์ลีคลื่นความรักที่เกิดขึ้นในขณะเกิดแผ่นดินไหวสามารถวนรอบโลกได้หลายครั้งก่อนที่จะกระจายพลังงานออกไป
รูปที่ 5. คลื่นแห่งความรัก ที่มา: Wikimedia Commons Nicoguaro
ม้วนพื้น
เป็นเรื่องปกติที่จะพบรูปแบบของคลื่นเรย์ลีที่เรียกว่ากราวด์โรลในบันทึกการสำรวจแผ่นดินไหว ถือเป็นเสียงรบกวนและต้องหลีกเลี่ยงเนื่องจากแอมพลิจูดที่ดีทำให้บางครั้งบังแสงสะท้อนที่คุณต้องการเห็น
คลื่นทะเล
คลื่นทะเลเป็นคลื่นตามยาวเช่นเดียวกับเสียง ซึ่งหมายความว่าทิศทางของการแพร่กระจายจะเหมือนกับทิศทางที่อนุภาคสั่นสะเทือน
อย่างไรก็ตามคลื่นที่อยู่ใกล้พื้นผิวมีทั้งส่วนประกอบตามยาวและตามขวางทำให้อนุภาคเคลื่อนที่ไปตามเส้นทางเกือบเป็นวงกลม (ดูรูปที่ 2 ขวา)
รูปที่ 6. คลื่นทะเลเป็นคลื่นผิวน้ำ ที่มา: Pixabay
อ้างอิง
- Figueroa, D. 2548. คลื่นและฟิสิกส์ควอนตัม. ชุดฟิสิกส์สำหรับวิทยาศาสตร์และวิศวกรรม แก้ไขโดย D. Figueroa
- Giambattista, A. 2010. ฟิสิกส์. McGraw Hill
- Lowrie, W. 2007. พื้นฐานธรณีฟิสิกส์. ครั้งที่ 2 ฉบับ สำนักพิมพ์มหาวิทยาลัยเคมบริดจ์
- วิกิพีเดีย คลื่นแห่งความรัก สืบค้นจาก: es.wikipedia.org.
- วิกิพีเดีย คลื่นเรย์ลี สืบค้นจาก: es.wikipedia.org.
- วิกิพีเดีย คลื่นผิวน้ำ สืบค้นจาก: en.wikipedia.org.