Das Longitudinalwellen Sie manifestieren sich in materiellen Medien, in denen die Teilchen parallel zu der Richtung schwingen, in die sich die Welle bewegt. wie in den folgenden Bildern zu sehen sein wird. Dies ist seine Besonderheit.
Schallwellen, bestimmte Wellen, die während eines Erdbebens auftreten, und solche, die in a auftreten aufreizend oder Feder, wenn sie einen kleinen Impuls in der gleichen Richtung ihrer Achse erhält, sind gute Beispiele für diese Art von Wellen.
Ton wird erzeugt, wenn ein Objekt (wie die Stimmgabel der Figur, ein Musikinstrument oder einfach die Stimmbänder) in einem Medium vibriert, das die Störung durch die Vibration seiner Moleküle übertragen kann. Luft ist ein geeignetes Medium, aber auch Flüssigkeiten und Feststoffe.
Die Störung verändert wiederholt den Druck und die Dichte des Mediums. Auf diese Weise erzeugt die Welle Kompressionen und Expansionen (Verdünnungen) in den Molekülen des Mediums, wenn sich die Energie mit einer bestimmten Geschwindigkeit bewegt. v.
Diese Druckänderungen werden vom Ohr durch Vibrationen im Trommelfell wahrgenommen, die das Nervennetzwerk in winzige elektrische Ströme umwandelt. Beim Erreichen des Gehirns interpretiert es sie als Geräusche.
In einer Longitudinalwelle wird das sich kontinuierlich wiederholende Muster aufgerufen Zyklus, und seine Dauer ist Zeitraum Welle. Es gibt auch die Amplitude, Dies ist die maximale Intensität und wird anhand der als Referenz genommenen Größe gemessen. Im Fall von Schall kann es sich um die Druckänderung im Medium handeln.
Ein weiterer wichtiger Parameter ist der Wellenlänge: Der Abstand zwischen zwei aufeinanderfolgenden Kompressionen oder Expansionen, siehe Abbildung 1. Im internationalen System wird die Wellenlänge in Metern gemessen. Endlich ist da dein Geschwindigkeit (in Metern / Sekunde für das Internationale System), das angibt, wie schnell sich die Energie ausbreitet.
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In einem Gewässer werden Wellen durch verschiedene Ursachen erzeugt (Druckänderungen, Winde, Gravitationswechselwirkungen mit anderen Sternen). Auf diese Weise können Meereswellen klassifiziert werden in:
- Windwellen
- Gezeiten
- Tsunamis
Die Beschreibung dieser Wellen ist recht komplex. Im Allgemeinen bewegen sich die Wellen in tiefen Gewässern in Längsrichtung und erzeugen periodische Kompressionen und Ausdehnungen des Mediums, wie zu Beginn beschrieben..
Auf der Meeresoberfläche sieht es jedoch etwas anders aus, da dort die sogenannten Oberflächenwellen, die Longitudinalwellen- und Scherwelleneigenschaften kombinieren. Daher unterscheiden sich die Wellen, die sich in den Tiefen der aquatischen Umwelt bewegen, stark von denen, die sich oberflächlich bewegen..
Ein Baumstamm, der auf der Meeresoberfläche schwimmt, hat eine Art Hin- und Herbewegung oder eine leicht rotierende Bewegung. Wenn die Wellen am Ufer brechen, überwiegen tatsächlich die Längskomponenten der Welle, und wenn der Baumstamm auf die Bewegung der ihn umgebenden Wassermoleküle reagiert, wird auch beobachtet, dass er an der Oberfläche kommt und geht..
Die Faktoren, die die Art der erzeugten Welle bestimmen, sind: die Wassertiefe und die Wellenlänge der Meereswelle. Wenn die Wassertiefe an einem bestimmten Punkt aufgerufen wird d, und die Wellenlänge ist λ, die Wellen gehen von longitudinal zu oberflächlich, wenn:
d < λ/zwei
An der Oberfläche erhalten die Wassermoleküle Rotationsbewegungen, die sie mit zunehmender Tiefe verlieren. Die Reibung der Wassermasse mit dem Boden führt dazu, dass diese Bahnen elliptisch werden, wie in Abbildung 2 dargestellt.
An den Stränden ist das Wasser in Ufernähe unruhiger, weil dort die Wellen brechen, die Wasserpartikel am Boden verlangsamt werden und sich dadurch mehr Wasser auf den Kämmen ansammelt. In tieferen Gewässern wird es jedoch als weicher wahrgenommen, wenn die Dünung nachlässt.
Wenn d >> λ/zwei Sie haben Tiefseewellen u kurze Wellen, kreisförmige oder elliptische Bahnen nehmen an Größe ab und Längswellen überwiegen. Was, wenn d << λ/zwei Die Wellen kommen aus Oberflächengewässern oder lange Wellen.
Sowohl Längs- als auch Querwellen fallen in die Kategorie von mechanische Wellen, die ein materielles Medium für ihre Vermehrung benötigen.
Die Hauptunterscheidung zwischen den beiden wurde zu Beginn erwähnt: Bei Transversalwellen bewegen sich die Partikel des Mediums senkrecht zur Ausbreitungsrichtung der Welle, während sie bei Longitudinalwellen in die gleiche Richtung schwingen, gefolgt von der Störung. Es gibt jedoch weitere Besonderheiten:
- In einer Transversalwelle werden Kämme und Täler unterschieden, die in Längsrichtung Kompressionen und Expansionen entsprechen.
- Ein weiterer Unterschied besteht darin, dass Longitudinalwellen nicht polarisiert sind, da die Richtung der Wellengeschwindigkeit dieselbe ist wie die der Bewegung der oszillierenden Teilchen..
- Transversale Wellen können sich in jedem Medium und sogar im Vakuum wie elektromagnetische Wellen ausbreiten. Andererseits haben die Partikel in Flüssigkeiten, denen es an Steifheit mangelt, keine andere Wahl, als aneinander vorbei zu gleiten und sich zu bewegen, wie es die Störung tut, dh in Längsrichtung..
Infolgedessen sind die Wellen, die in der Mitte der ozeanischen und atmosphärischen Massen entstehen, longitudinal, da Querwellen Medien mit ausreichender Steifigkeit erfordern, um die charakteristischen senkrechten Bewegungen zu ermöglichen..
- Longitudinalwellen verursachen Druck- und Dichteschwankungen in dem Medium, durch das sie sich ausbreiten. Andererseits beeinflussen die Transversalwellen das Medium auf diese Weise nicht.
Sie haben dieselben Teile gemeinsam: Periode, Amplitude, Frequenz, Zyklen, Phase und Geschwindigkeit. Alle Wellen unterliegen Reflexion, Brechung, Beugung, Interferenz und dem Doppler-Effekt und transportieren Energie durch das Medium..
Obwohl die Spitzen und Täler für eine Transversalwelle charakteristisch sind, sind die Kompressionen in der Longitudinalwelle analog zu den Spitzen und den Ausdehnungen zu den Tälern, so dass beide Wellen die gleiche mathematische Beschreibung von Sinus oder Sinuswelle zulassen..
Schallwellen sind die typischsten Longitudinalwellen und gehören zu den am besten untersuchten, da sie die Grundlage für Kommunikation und musikalischen Ausdruck bilden und Gründe für ihre Bedeutung im Leben der Menschen sind. Darüber hinaus haben Schallwellen wichtige Anwendungen in der Medizin, sowohl in der Diagnose als auch in der Behandlung..
Die Ultraschalltechnik ist unter anderem zur Gewinnung medizinischer Bilder sowie zur Behandlung von Nierensteinen bekannt. Ultraschall wird durch einen piezoelektrischen Kristall erzeugt, der in der Lage ist, eine longitudinale Druckwelle zu erzeugen, wenn ein elektrisches Feld an ihn angelegt wird (er erzeugt auch einen Strom, wenn Druck angelegt wird)..
Um wirklich zu sehen, wie eine Longitudinalwelle aussieht, gibt es nichts Besseres als Schraubenfedern oder Slinkys. Indem Sie der Feder einen kleinen Impuls geben, können Sie sofort beobachten, wie sich die Kompressionen und Expansionen abwechselnd über die gesamte Länge der Windungen ausbreiten..
Longitudinalwellen sind auch Teil seismischer Bewegungen. Erdbeben bestehen aus verschiedenen Arten von Wellen, darunter die P Wellen oder Vorwahlen und S Wellen oder sekundär. Die ersteren sind in Längsrichtung, während in letzteren die Teilchen des Mediums in einer Richtung quer zur Verschiebung der Welle schwingen..
Bei Erdbeben werden sowohl Longitudinalwellen (primäre P-Wellen) als auch Transversalwellen (sekundäre S-Wellen) und andere Arten wie Rayleigh-Wellen und Liebeswellen oberflächlich erzeugt.
Tatsächlich sind Longitudinalwellen die einzigen, von denen bekannt ist, dass sie sich durch den Erdmittelpunkt bewegen. Da sich diese nur in flüssigen oder gasförmigen Medien bewegen, glauben Wissenschaftler, dass der Erdkern hauptsächlich aus geschmolzenem Eisen besteht..
P-Wellen und S-Wellen, die während eines Erdbebens erzeugt werden, bewegen sich mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten auf der Erde, sodass ihre Ankunftszeiten an seismografischen Stationen unterschiedlich sind (siehe Abbildung 3). Dank dessen ist es möglich, die Entfernung zum Epizentrum des Erdbebens durch Triangulation unter Verwendung von Daten von drei oder mehr Stationen zu bestimmen..
Angenommen, vP. = 8 km / s ist die Geschwindigkeit der P-Wellen, während die Geschwindigkeit der S-Wellen v istS. = 5 km / s. Die P-Wellen treffen 2 Minuten vor den ersten S-Wellen ein. Wie berechnet man die Entfernung vom Epizentrum??
Sei D der Abstand zwischen dem Epizentrum und der seismologischen Station. Mit den angegebenen Daten können Sie die Reisezeit t ermittelnP. und duS. jeder Welle:
vP. = D / tP.
vS. = D / tS.
Die Differenz ist Δt = tS. - tP.::
Δt = D / vS. - D / vP. = D (1 / vS. - 1 / vP.)
Auflösen nach dem Wert von D:
D = Δt / (1 / vS. - 1 / vP.) = (Δt. V.P.. vC. ) / (vP. - vC.)
Wissen, dass 2 Minuten = 120 Sekunden und Ersetzen der restlichen Werte:
D = 120 s. (8 km / s, 5 km / s) / (8 - 5 km / s) = 1600 km.
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