POZDĹŽNE VLNY: CHARAKTERISTIKY, ROZDIELY, PRÍKLADY - FYZICKÝ - 2026

Tieto pozdĺžne vlny sa prejavujú v materiálových prostriedkov, v ktorých častice kmitajú paralelne so smerom vlna cestuje. ako bude vidieť na nasledujúcich obrázkoch. Toto je jeho charakteristická črta.

Zvukové vlny, určité vlny, ktoré sa objavia počas zemetrasenia, a tie, ktoré sa vytvárajú v slinky alebo na jar, keď sú vystavené malému impulzu v rovnakom smere ako jej os, sú dobrými príkladmi tejto triedy vĺn.

Obrázok 1. Zvuk je pozdĺžna vlna, ktorá vytvára po sebe nasledujúce kompresie a expanzie vo vzduchu. Zdroj: Wikimedia Commons. pluky

Zvuk vzniká, keď je objekt (napríklad ladička vidlice, hudobný nástroj alebo jednoducho hlasivky) vibrovaný v médiu schopnom prenášať rušenie prostredníctvom vibrácií jeho molekúl. Vhodným médiom je vzduch, ale sú to aj kvapaliny a pevné látky.

Porucha opakovane modifikuje tlak a hustotu média. Týmto spôsobom vlna produkuje kompresie a expanzie (zriedkavé) v molekulách média, keď sa energia pohybuje určitou rýchlosťou v .

Tieto zmeny tlaku sú vnímané uchom prostredníctvom vibrácií v ušnom bubienku, ktoré je nervová sieť zodpovedná za premenu na malé elektrické prúdy. Po dosiahnutí mozgu ich interpretuje ako zvuky.

V pozdĺžnej vlne sa vzorec, ktorý sa nepretržite opakuje, nazýva cyklus a jeho trvanie je perióda vlny. K dispozícii je tiež amplitúda, čo je maximálna intenzita a ktorá sa meria podľa veľkosti, ktorá sa berie ako referenčná hodnota, v prípade zvuku to môže byť zmena tlaku v médiu.

Ďalším dôležitým parametrom je vlnová dĺžka: vzdialenosť medzi dvoma za sebou nasledujúcimi kompresiami alebo expanziami, pozri obrázok 1. V medzinárodnom systéme sa vlnová dĺžka meria v metroch. Nakoniec je tu jej rýchlosť (v metroch za sekundu pre medzinárodný systém), ktorá udáva, ako rýchlo sa energia šíri.

Ako sa v morských vlnách objavujú pozdĺžne vlny?

Vo vodnom tele sú vlny produkované rôznymi príčinami (zmeny tlaku, vetry, gravitačné interakcie s inými hviezdami). Týmto spôsobom je možné morské vlny rozdeliť na:

- Veterné vlny

- Prílivy

- Tsunamis

Opis týchto vĺn je pomerne zložitý. Všeobecne sa vlny v hlbokých vodách pohybujú pozdĺžne a vytvárajú periodické kompresie a expanzie média, ako je opísané na začiatku.

Na hladine mora sú však veci trochu iné, pretože prevládajú tzv. Povrchové vlny, ktoré kombinujú charakteristiky pozdĺžnych a priečnych vĺn. Preto sa vlny, ktoré sa pohybujú v hĺbkach vodného prostredia, veľmi líšia od vĺn, ktoré sa pohybujú po povrchu.

Kláda plávajúca na morskej hladine má istý druh vratného alebo jemne rotujúceho pohybu. Keď sa vlny rozbijú na pobreží, prevládajú pozdĺžne zložky vlny, a keď protokol reaguje na pohyb molekúl vody, ktoré ju obklopujú, pozoruje sa aj príchod a odchod na povrch.

Obrázok 2. Morské vlny na povrchu sú vlny, ktoré majú čiastočne charakteristiky pozdĺžnej vlny a čiastočne priečne. Zdroj: Zdroj: Vargklo na en.wikipedia

Vzťah medzi hĺbkou a vlnovou dĺžkou

Faktory, ktoré určujú druh vytvorenej vlny, sú: hĺbka vody a vlnová dĺžka morskej vlny. Ak sa hĺbka vody v danom bode nazýva d a vlnová dĺžka je λ, vlny prechádzajú z pozdĺžnych na povrchové, keď:

Na povrchu molekuly vody získavajú rotačné pohyby, ktoré strácajú so zväčšujúcou sa hĺbkou. Trenie vodnej hmoty so spodkom spôsobuje, že tieto dráhy sú eliptické, ako je znázornené na obrázku 2.

Na plážach sú vody pri pobreží nepokojné, pretože vlny sa lámajú, častice vody sa na dne spomaľujú a to spôsobuje, že sa na hrebeňoch hromadí viac vody. Na druhej strane v hlbších vodách je vnímané, ako vlny zmäknú.

Keď d >> λ / 2, máme hlboké alebo krátke vlny, zmenšujú sa kruhové alebo eliptické dráhy a prevládajú pozdĺžne vlny. A ak d << λ / 2, vlny sú z povrchových alebo dlhých vĺn.

Rozdiely v strihových vlnách

Pozdĺžne aj priečne vlny patria do kategórie mechanických vĺn, ktoré na svoje šírenie vyžadujú materiálne médium.

Najdôležitejšie rozlíšenie medzi nimi bolo uvedené na začiatku: v priečnych vlnách sa častice média pohybujú kolmo na smer šírenia vlny, zatiaľ čo v pozdĺžnych vlnách oscilujú v rovnakom smere, po ktorom nasleduje rušenie. Existujú však ďalšie charakteristické znaky:

Viac rozdielov medzi priečnymi a pozdĺžnymi vlnami

- V priečnej vlne sa rozlišujú hrebene a doliny, ktoré sú v pozdĺžnych vlnách rovnocenné kompresiám a expanziám.

- Ďalší rozdiel spočíva v tom, že pozdĺžne vlny nie sú polarizované, pretože smer rýchlosti vlny je rovnaký ako smer pohybu kmitajúcich častíc.

- Priečne vlny sa môžu šíriť v akomkoľvek médiu a dokonca aj vo vákuu, ako sú napríklad elektromagnetické vlny. Na druhej strane, vo vnútri tekutín, ktoré nemajú tuhosť, častice nemajú inú možnosť, ako sa kĺzať okolo seba a pohybovať sa tak, ako to spôsobuje rušenie, to znamená pozdĺžne.

V dôsledku toho sú vlny, ktoré vznikli uprostred oceánskych a atmosférických hmôt, pozdĺžne, pretože priečne vlny vyžadujú médium s dostatočnou tuhosťou, ktorá umožňuje charakteristické kolmé pohyby.

- Pozdĺžne vlny spôsobujú zmeny tlaku a hustoty v médiu, cez ktoré sa šíria. Na druhej strane priečne vlny týmto spôsobom médium neovplyvňujú.

Podobnosti medzi pozdĺžnymi a priečnymi vlnami

Majú rovnaké časti spoločné: perióda, amplitúda, frekvencia, cykly, fáza a rýchlosť. Všetky vlny prechádzajú odrazom, lomom, difrakciou, interferenciou a Dopplerovým efektom a prenášajú energiu cez médium.

Aj keď vrcholy a doliny sa vyznačujú priečnou vlnou, kompresie v pozdĺžnej vlne sú analogické s vrcholmi a expanziami do dolín takým spôsobom, že obe vlny pripúšťajú rovnaký matematický opis sínusovej alebo sínusovej vlny.

Príklady pozdĺžnych vĺn

Zvukové vlny sú najtypickejšími pozdĺžnymi vlnami a patria medzi najviac študované, pretože sú základom komunikácie a hudobného prejavu, dôvodmi ich dôležitosti v živote ľudí. Zvukové vlny majú okrem toho v medicíne dôležité využitie pri diagnostike aj pri liečbe.

Ultrazvuková technika je okrem iných aplikácií dobre známa na získavanie lekárskych obrazov, ako aj na ošetrenie obličkových kameňov. Ultrazvuk je generovaný piezoelektrickým kryštálom schopným vytvoriť pozdĺžnu tlakovú vlnu, keď je na ňu aplikované elektrické pole (vytvára tiež prúd, keď je na ňu aplikovaný tlak).

Ak chcete skutočne vidieť, ako vyzerá pozdĺžna vlna, nič lepšie ako vinuté pramene alebo slinky. Okamžitým podaním malého impulzu pozorujete, ako sa počas zákrut striedavo striedajú kompresie a expanzie.

- seizmické vlny

Pozdĺžne vlny sú tiež súčasťou seizmických pohybov. Zemetrasenia pozostávajú z rôznych druhov vĺn, medzi ktorými sú P alebo primárne vlny a S alebo sekundárne vlny. Prvky sú pozdĺžne, zatiaľ čo častice média vibrujú v smere priečnom k ​​posunu vlny.

Pri zemetrasení sa vytvárajú pozdĺžne vlny (primárne P vlny) a priečne vlny (sekundárne vlny S) a ďalšie typy, ako napríklad povrchové Rayleighove vlny a vlny lásky.

V skutočnosti sú pozdĺžne vlny jediné, o ktorých je známe, že prechádzajú stredom Zeme. Pretože sa pohybujú iba v tekutých alebo plynných médiách, vedci si myslia, že jadro Zeme pozostáva hlavne z roztaveného železa.

- Uplatňovanie

Vlny P a vlny S vznikajúce počas zemetrasenia sa pohybujú rôznymi rýchlosťami na Zemi, takže ich časy príchodu na seizmografické stanice sú rôzne (pozri obrázok 3). Vďaka tomu je možné pomocou vzdialených údajov určiť vzdialenosť od epicentra zemetrasenia pomocou údajov z troch alebo viacerých staníc.

Obrázok 3. Seizmické vlny P a S dorazia na seizmografy v rôznych časoch, pretože ich rýchlosti sú rôzne. Zdroj: Wikimedia Commons.

Predpokladajme, že v _P = 8 km / s je rýchlosť vĺn P, zatiaľ čo rýchlosť vĺn S je v _S = 5 km / s. Vlny P dorazia 2 minúty pred prvými vlnami S. Ako vypočítať vzdialenosť od epicentra?

odpoveď

Nech D je vzdialenosť medzi epicentrom a seizmologickou stanicou. S dodanými údajmi je možné nájsť čas cesty t _P a t _S každej vlny:

v _P = D / t _P

v _S = D / t _S

Rozdiel je Δt = t _S - t _P :

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

Riešenie pre hodnotu D:

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

S vedomím, že 2 minúty = 120 sekúnd a nahradením zvyšných hodnôt:

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

Referencie

1. Rozdiel medzi priečnymi a pozdĺžnymi vlnami. Obnovené z: physicsabout.com.
2. Figueroa, D. 2005. Vlny a kvantová fyzika. Fyzika Series pre vedu a techniku. Zväzok 7. Editoval Douglas Figueroa. Univerzita Simona Bolivara. 1-58.
3. Infrazvuk a ultrazvuk. Získané z: lpi.tel.uva.es
4. Rex, A. 2011. Základy fyziky. Pearson. 263-286.
5. Russell, D. Pozdĺžny a priečny vlnový pohyb. Zdroj: acs.psu.edu.
6. Vodné vlny. Zdroj: labman.phys.utk.edu.