Das Oberflächenwellen sind solche, bei denen sich die schwingenden Teilchen in zwei Dimensionen bewegen, wie beispielsweise die Wellen, die erzeugt werden, wenn ein Stein in einen Teich oder See fällt.
Diese Art von Welle tritt an der Grenzfläche zwischen zwei verschiedenen Medien wie dem Ozean und der Luft oder zwischen der Erdoberfläche und der Luft auf. Dies sind Wellen, bei denen die Teilchen in Kombination mit Längsverschiebungen, dh zweidimensional, quer verlaufen.
Zum Beispiel bewegen sich die Wasserteilchen auf der Meeresoberfläche - die Wellen - auf Kreisbahnen. Wenn die Wellen am Ufer brechen, überwiegen Längsverschiebungen, und deshalb sehen Sie Algen oder ein Stück Holz, das schwebt und sich reibungslos von vorne nach hinten bewegt.
Wellen bewegen sich auch analog zu Meereswellen auf der Erdoberfläche. Sie bewegen sich langsamer als die Wellen, die sich intern durch das Erdvolumen bewegen, können jedoch leichter Resonanz in Gebäuden verursachen..
Da Wellen Schwingungen erzeugen und Energie transportieren, wirken sie sich bei Erdbeben zerstörerisch aus..
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Jede Art von Welle, ob oberflächlich oder nicht, ist eine Lösung der Wellengleichung, die für nahezu jede Art von Wellenbewegung gilt, nicht nur mechanisch wie in den beschriebenen Beispielen, sondern auch für elektromagnetische Wellen, bei denen es sich um eine andere Art von Wellen handelt wie sie quer sind.
Die Wellengleichung, die unter Berücksichtigung des zweiten Newtonschen Gesetzes erhalten wird, lautet wie folgt:
In der obigen Gleichung, oder ist die Wellenfunktion, die von den drei Raumkoordinaten abhängt x, Y. Y. z mehr Zeit t:: u = u (x, y, z, t). Was ist mehr v ist die Geschwindigkeit der Störung. Die Wellengleichung kann abhängig von der erforderlichen Geometrie in anderen Koordinatensystemen angegeben werden.
Um die Lösung der Gleichung zu finden, wird sie an die Bedingungen des Problems angepasst, in denen beispielsweise die Geometrie abgegrenzt und die Eigenschaften des Mediums, durch das sich die Störung bewegt, festgelegt werden..
Es gibt viele Arten von Oberflächenwellen, wie zum Beispiel:
-Gravitationswellen (Gravitationswellen) wie die zu Beginn beschriebenen Ozeanwellen, bei denen die Schwerkraft eine Rückstellkraft bereitstellt, die eine Querbewegung ermöglicht.
-Die Oberfläche schwillt in einem Teich an, hier ist die Oberflächenspannung des Wassers, die als Rückstellkraft ausgeübt wird.
-Oberflächenelastische Wellen, die sich während eines Erdbebens auf der Erdoberfläche bewegen.
-Elektromagnetische Wellen, die trotz ihrer Querrichtung ausreichend geführt werden können, um sich auf einer Oberfläche zu bewegen.
-Einige Arten von Wellen, die in den Saiten einer Gitarre erzeugt werden, wenn die Saiten stark angeschlagen werden.
Bei der Lösung der Wellengleichung entsprechen die Lösungen, wie gesagt, verschiedenen Arten von Wellen. Wenn sich die Störung in einem festen Medium wie der Erdkruste bewegt, können einige Annahmen getroffen werden, die den Prozess vereinfachen..
Daher wird das Medium als betrachtet perfekt elastisch, homogen und isotrop, Dies bedeutet, dass ihre Eigenschaften unabhängig von Position oder Richtung gleich sind.
In diesem Sinne entsprechen zwei der Lösungen der Wellengleichung in einem elastischen Medium Oberflächenwellen:
-Rayleigh-Wellen, benannt nach Lord Rayleigh (1842-1919), dem britischen Physiker, der sie zuerst beschrieb.
-Waves of Love von Augustus Love, britischer Geophysiker und Mathematiker (1863-1940), der die Theorie dieser Wellen in seinen Arbeiten zur Elastizität entwickelte.
In der Seismik werden diese Wellen genannt L Wellen, um sie von P-Wellen und S-Wellen zu unterscheiden, die beide als Volumenwellen betrachtet werden (Körperwellen), die auch eine Lösung der Wellengleichung mit den oben beschriebenen Bedingungen sind. P-Wellen sind longitudinal und S-Wellen sind transversal.
In einer Rayleigh-Welle schwingen die Wellenfrontteilchen in der vertikalen Ebene, daher werden sie als vertikal polarisiert bezeichnet. Die Teilchen bewegen sich und beschreiben eine Ellipse, im Gegensatz zu den Wellen auf der Oberfläche des Ozeans, deren Bewegung, wie zu Beginn gesagt, kreisförmig ist (obwohl sie in Küstennähe eher elliptisch sind)..
Die Hauptachse der Ellipse ist vertikal und die Nebenachse folgt der Ausbreitungsrichtung, wie in der Abbildung gezeigt. Dort wird auch angemerkt, dass die Bewegung rückläufig ist, das heißt, sie wird gegen den Uhrzeigersinn ausgeführt.
Ein weiterer wichtiger Unterschied zu Wasserwellen besteht darin, dass sich Rayleigh-Wellen nur in festen Medien ausbreiten können, da in Flüssigkeiten keine Scherkraft auftritt.
Die Amplitude der Partikelverschiebung nimmt exponentiell mit der Tiefe ab, da die Welle auf die Oberfläche beschränkt ist. Wenn es sich jedoch um ein Erdbeben hoher Intensität handelt, können die Wellen die Erde mehrmals umkreisen, bevor sie vollständig verschwinden..
In Liebeswellen sind die Teilchen horizontal polarisiert und haben eine große Bewegungsamplitude parallel zur Oberfläche. Sie bewegen sich mit einer etwas langsameren Geschwindigkeit als Rayleigh-Wellen, obwohl die Geschwindigkeit bei diesen Wellentypen von der Wellenlänge abhängt (dispersive Welle)..
Damit sich diese Wellen ausbreiten können, muss sich in der Mitte eine Schicht niedriger Geschwindigkeit befinden, die mindestens einer Schicht höherer Geschwindigkeit überlagert ist. Wie Rayleigh-Wellen können Liebeswellen, die während eines Erdbebens erzeugt werden, die Erde mehrmals umkreisen, bevor sie ihre Energie zerstreuen..
Es ist üblich, diese Variante von Rayleigh-Wellen zu finden, die als bezeichnet wird Bodenrolle, in seismischen Explorationsaufzeichnungen. Es wird als Rauschen betrachtet und muss vermieden werden, da es aufgrund seiner großen Amplitude manchmal die Reflexionen maskiert, die man sehen möchte.
In großer Tiefe sind Meereswellen Longitudinalwellen wie Schallwellen. Dies bedeutet, dass ihre Ausbreitungsrichtung dieselbe ist wie die Richtung, in der die Partikel schwingen..
Die oberflächennahe Welle weist jedoch sowohl Längs- als auch Querkomponenten auf, sodass die Partikel einer fast kreisförmigen Bahn folgen (siehe Abbildung 2 rechts)..
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