종파는 파동이 이동하는 방향에 평행 한 입자가 진동하는 물질 수단 나타나있다. 다음 이미지에서 볼 수 있습니다. 이것이 특징입니다.
음파, 지진 중에 나타나는 특정 파도 및 축의 같은 방향으로 작은 충격이 주어 졌을 때 은은한 또는 봄에서 생성되는 파도가 이러한 종류의 파도의 좋은 예입니다.
그림 1. 소리는 공기 중에 연속적인 압축과 팽창을 일으키는 종파입니다. 출처 : Wikimedia Commons. 플루크
소리는 물체 (예 : 그림의 소리굽쇠, 악기 또는 단순히 성대)가 분자의 진동을 통해 교란을 전달할 수있는 매체에서 진동하도록 만들 때 생성됩니다. 공기는 적절한 매체이지만 액체와 고체도 있습니다.
교란은 매체의 압력과 밀도를 반복적으로 수정합니다. 이런 식으로 파동은 에너지가 특정 속도 v로 이동함에 따라 매체 분자에서 압축 및 팽창 (희귀 반사)을 생성합니다 .
이러한 압력 변화는 고막의 진동을 통해 귀에 의해 감지되며, 신경망은 작은 전류로 변환하는 역할을합니다. 뇌에 도달하면 소리로 해석합니다.
종파에서 연속적으로 반복되는 패턴을주기라고하며 그 지속 시간은 파동의주기입니다. 또한 진폭은 최대 강도이며 기준으로 간주되는 크기에 따라 측정되며 소리의 경우 매체의 압력 변화가 될 수 있습니다.
또 다른 중요한 매개 변수는 파장입니다. 두 개의 연속적인 압축 또는 팽창 사이의 거리는 그림 1을 참조하십시오. 국제 시스템에서 파장은 미터 단위로 측정됩니다. 마지막으로 에너지가 얼마나 빨리 전파되는지를 나타내는 속도 (국제 시스템의 경우 미터 / 초)가 있습니다.
파도에 종파가 어떻게 나타나는가?
수 중에서 파도는 여러 원인 (압력 변화, 바람, 다른 별과의 중력 상호 작용)에 의해 생성됩니다. 이러한 방식으로 해양 파도는 다음과 같이 분류 될 수 있습니다.
-바람 파도
-조수
-쓰나미
이 파도에 대한 설명은 매우 복잡합니다. 일반적으로 심해에서는 파도가 세로 방향으로 이동하여 처음에 설명한대로 매질을 주기적으로 압축하고 확장합니다.
그러나 바다 표면에서는 종파와 횡파의 특성을 결합한 소위 표면파가 우세하기 때문에 상황이 약간 다릅니다. 따라서 수생 환경의 깊이에서 움직이는 파도는 표면에서 움직이는 파도와 크게 다릅니다.
해면에 떠 다니는 통나무는 일종의 왕복 운동 또는 부드럽게 회전 운동을합니다. 실제로 파도가 해안에서 부서 질 때 파도의 종 방향 성분이 우세하고, 통나무가 그것을 둘러싸고있는 물 분자의 움직임에 반응함에 따라 표면으로오고가는 것도 관찰됩니다.
그림 2. 표면의 파도는 부분적으로 종파 특성을 갖고 부분적으로 횡단하는 파도입니다. 출처 : 출처 : en.wikipedia의 Vargklo
깊이와 파장의 관계
생성되는 파도의 유형을 결정하는 요소는 물의 깊이와 바다 파도의 파장입니다. 주어진 지점에서 물의 깊이를 d라고하고 파장이 λ이면 파도는 다음과 같은 경우 종 방향에서 표면으로 이동합니다.
표면에서 물 분자는 깊이가 증가함에 따라 잃는 회전 운동을 얻습니다. 물 덩어리와 바닥의 마찰로 인해 그림 2와 같이 이러한 궤도가 타원형이됩니다.
해변에서는 파도가 부서지고 물 입자가 바닥에서 느려지고 산등성이에 더 많은 물이 축적되기 때문에 해안 근처의 물이 더 불안합니다. 반면 더 깊은 물에서는 파도가 어떻게 부드러워 지는지 인식됩니다.
d >> λ / 2 일 때 우리는 깊은 물결 또는 단파를 가지고 있으며 원형 또는 타원형 궤도의 크기가 감소하고 종파가 우세합니다. 그리고 d << λ / 2이면 파도는 지표수 또는 긴 파도에서 나옵니다.
전단파와의 차이점
종파와 횡파는 모두 전파를 위해 재료 매체가 필요한 기계적 파동의 범주에 속합니다.
둘 사이의 주요 차이점은 처음에 언급되었습니다. 횡파에서는 매체의 입자가 파동의 전파 방향에 수직으로 이동하는 반면 종파에서는 동일한 방향으로 진동 한 다음 교란이 뒤 따릅니다. 그러나 더 독특한 기능이 있습니다.
횡파와 종파의 더 많은 차이점
-횡파에서는 볏과 계곡이 구별되며 종 방향의 경우 압축 및 팽창과 동일합니다.
-또 다른 차이점은 파동의 속도 방향이 진동하는 입자의 이동 방향과 동일하기 때문에 종파가 편광되지 않는다는 것입니다.
-횡파는 전자파와 같은 진공 상태에서도 모든 매체에서 전파 될 수 있습니다. 반면, 유체 내부의 강성이 부족한 입자는 서로를지나 미끄러지면서 교란이하는 것처럼 즉, 세로 방향으로 움직일 수밖에 없습니다.
결과적으로 해양 및 대기 질량의 중간에서 발생하는 파도는 종 방향입니다. 횡파는 특징적인 수직 이동을 허용하기에 충분한 강성을 가진 매체를 필요로하기 때문입니다.
-종파는 전파되는 매체에서 압력 및 밀도 변화를 유발합니다. 반면에 횡파는 이러한 방식으로 매체에 영향을 미치지 않습니다.
종파와 횡파의 유사점
주기, 진폭, 주파수,주기, 위상 및 속도와 같은 공통 부분이 있습니다. 모든 파동은 반사, 굴절, 회절, 간섭 및 도플러 효과를 겪고 매체를 통해 에너지를 전달합니다.
봉우리와 계곡이 가로 파의 특징이 있지만 종파의 압축은 봉우리와 계곡의 팽창과 유사하므로 두 파동 모두 사인파 또는 사인파에 대한 동일한 수학적 설명을 인정합니다.
종파의 예
음파는 가장 일반적인 종파이며 의사 소통과 음악적 표현의 기초이며 사람들의 삶에서 중요한 이유이기 때문에 가장 많이 연구되고 있습니다. 또한 음파는 진단과 치료 모두에서 의학에서 중요한 응용 프로그램을 가지고 있습니다.
초음파 기술은 의료 영상 획득 및 신장 결석 치료 등의 용도로 잘 알려져 있습니다. 초음파는 전계가 가해지면 종 방향 압력 파를 생성 할 수있는 압전 결정에 의해 생성됩니다 (압력이 가해지면 전류도 생성됨).
종파가 어떻게 생겼는지 실제로 보려면 코일 스프링이나 슬링 키보다 나은 것은 없습니다. 스프링에 작은 임펄스를 주면 회전하는 동안 압축과 팽창이 교대로 전파되는 방식을 즉시 관찰 할 수 있습니다.
- 지진파
종파도 지진 운동의 일부입니다. 지진은 여러 종류의 파동으로 구성되며, 그 중 P 또는 1 차 파와 S 또는 2 차 파가 있습니다. 전자는 세로 방향이고 후자는 중간 입자가 파동의 변위를 가로 지르는 방향으로 진동합니다.
지진에서는 종파 (1 차 P 파)와 횡파 (2 차 S 파) 및 레일리 파와 러브 파와 같은 다른 유형이 표면에 생성됩니다.
사실, 종파는 지구 중심을 통과하는 것으로 알려진 유일한 파동입니다. 그들은 액체 또는 기체 매질에서만 이동하기 때문에 과학자들은 지구의 핵심이 주로 용철로 구성되어 있다고 생각합니다.
-적용 실습
지진 중에 생성 된 P 파와 S 파는 지구상에서 서로 다른 속도로 이동하므로 지진 관측소에 도착하는 시간이 다릅니다 (그림 3 참조). 덕분에 3 개 이상의 관측소의 데이터를 사용하여 삼각 측량을 통해 지진 진원지까지의 거리를 결정할 수 있습니다.
그림 3. 지진파 P와 S는 속도가 다르기 때문에 서로 다른 시간에 지진계에 도달합니다. 출처 : Wikimedia Commons.
v P = 8km / s는 P 파의 속도이고 S 파의 속도는 v S = 5km / s라고 가정합니다. P 파는 첫 S 파 2 분 전에 도착하는데 진원지로부터의 거리는 어떻게 계산하나요?
댓글
D를 진원지와 지진 관측소 사이의 거리라고합니다. 제공된 데이터 로 각 웨이브 의 이동 시간 t P 및 t S 를 찾을 수 있습니다.
v P = D / t P
v S = D / t S
차이는 Δt = t S -t P :
Δt = D / v S -D / v P = D (1 / v S -1 / v P )
D의 값을 구하기 :
D = Δt / (1 / v S -1 / v P ) = (Δt. V P. V C ) / (v P -v C )
2 분 = 120 초라는 것을 알고 나머지 값으로 대체 :
D = 120 초. (8km / s. 5km / s) / (8-5km / s) = 1600km.
참고 문헌
- 횡파와 종파의 차이. 출처 : physicsabout.com.
- Figueroa, D. 2005. 파동과 양자 물리학. 과학 및 공학을위한 물리학 시리즈. Volume 7. 편집 : Douglas Figueroa. 사이먼 볼리바르 대학교. 1-58.
- 초 저주파 및 초음파. 복구 위치 : lpi.tel.uva.es
- Rex, A. 2011. 물리학의 기초. 피어슨. 263-286.
- Russell, D. 종파 및 횡파 운동. 검색 위치 : acs.psu.edu.
- 물결. 검색 출처 : labman.phys.utk.edu.