Dan Russell-Волны: marta_inj

ssell-Волны

Перевод страницы автора Dan Russell, анимации оттуда же.

Продольная и поперечная волна
Механические волны – это волны, которые распространяются в материальной среде (твердом теле, жидкости или газе) со скоростью, зависящей от инерционности и эластичности этой среды. Существует два типа движения механических волн: продольная волна и поперечная волна. Нижеприведенные анимации демонстрируют оба типа волн и различия между ними в том, как двигаются частицы среды, по которой распространяется волна.

Продольные волны
При движении продольной волны частица смещается параллельно направлению движения волны. На анимации – одномерное представление плоской продольной волны в трубке. Частицы не продвигаются по трубке вслед за волной, они просто колеблются вперед-назад у положения равновесия. Волны — это области сжатия (давления волны), двигающиеся слева направо.

На второй анимации показаны различия движения отдельной частицы и распространением волны в среде. Также видны области разрежения и сжатия.

Р-волны (Primary waves, первичные) при землетрясениях – это примеры продольных волн. Р-волны продвигаются с наибольшей скоростью, поэтому приходят первыми.

Смотрите анимации сферической продольной волны:
— Распространение звука от простого источника
— Распространение волн от цилиндрического источника

Поперечные волны
При распространении поперечной волны частица смещается перпендикулярно направлению движения волны. На анимации показана одномерная картина распространения поперечной волны слева направо. Частицы не двигаются вместе с волной, они просто колеблются вверх-вниз у положения равновесия при прохождении волны. Проследите за отдельной частицей.

S-волны (Secondary waves) при землетрясениях – это пример поперечных волн. Скорость S-волн меньше, чем скорость продольных волн, они приходят с задержкой.

Волны на воде
Волны на воде – это пример волн, сочетающих в себе продольное и поперечное движение. При прохождении волны частица в воде описывает круги по часовой стрелке. Чем глубже – тем радиусы этих окружностей меньше. На анимации показано движение волны слева направо в области, где глубина больше длины волны. Показаны две частицы (оранжевым цветом), которые при прохождении волны описывают разного размера круги по часовой стрелке.

Рэлеевские поверхностные волны
Другим примером волн, сочетающих в себе продольное и поперечное движение, являются Рэлеевские поверхностные волны в твердых телах. Частицы в составе твердого тела, через которое проходит Рэлеевская поверхностная волна, описывают эллипсы с главной осью, перпендикулярной поверхности твердого тела. Чем дальше частица от поверхности, тем меньше «ширина» эллипса.

Рэлеевские волны в эластичных твердых телах принципиально отличаются от поверхностных волн в воде. В воде частица описывает круги по часовой стрелке, а в твердом теле на поверхности частица описывает эллипсы против часовой стрелки. Однако на глубине свыше 1/5 длины волны частицы описывают эллипсы уже по часовой стрелке. Такое движение часто называют «ретроградным» относительно поверхности: горизонтальная составляющая движения частицы противоположна направлению движения волны. Выделены оранжевым две частицы, чтобы проиллюстрировать противоположное движение на поверхности и в глубине.
Рэлеевские поверхностные волны вызывают наибольшие разрушения при землетрясениях. Они распространяются медленнее, чем S-волны, но их амплитуда больше. Они лучше всего чувствуются при землетрясениях и сдвигают объекты на земле как вверх-вниз, так и из стороны в сторону.

У меня возник вопрос: А как — по часовой стрелке или против — двигаются частицы на глубине менее 1/5 длины волны?