표면 파도 등 돌 연못이나 호수로 떨어질 때 발생하는 전파와 같은 진동 입자를 2 차원 움직임이있는 사람들이있다.
이러한 유형의 파동은 바다와 공기와 같은 두 개의 다른 매체 사이 또는 지구 표면과 공기 사이의 경계면에서 발생합니다. 이들은 입자가 세로 변위, 즉 2 차원과 결합하여 가로로 경험하는 파동입니다.
그림 1. 연못의 표면파. 출처 : Pixabay.
예를 들어, 바다 표면의 물 입자 (파도)는 원형 경로로 이동합니다. 파도가 해안에서 부서지면 종 방향 변위가 우세하므로 떠 다니는 해초 또는 나무 조각이 앞뒤로 부드럽게 움직이는 것이 보입니다.
파도는 또한 파도와 유사한 방식으로 지구 표면에서 이동합니다. 그들은 지구의 부피를 통해 내부적으로 움직이는 파도보다 느린 속도로 이동하지만 건물에 더 쉽게 공명을 일으킬 수 있습니다.
파도는 진동을 생성하고 에너지를 전달하기 때문에 지진이 발생하면 파괴적인 영향을 미칩니다.
그림 2. 바다의 표면파. 물결이 왼쪽에서 오른쪽으로 움직일 때 물 입자는 시계 방향으로 움직입니다. 가장 높은 지점은 파도의 꼭대기에 있고 가장 낮은 지점은 채널이라고합니다. 왼쪽 그림 출처 : F. Zapata. 오른쪽 그림 출처 : Giambattista, A. 2010. Physics. 2 위. 판. McGraw Hill.
표면파의 종류
표면적이든 아니든 모든 유형의 파동은 파동 방정식의 해법으로, 설명 된 예처럼 기계적뿐만 아니라 전자파도 거의 모든 유형의 파동 운동에 적용됩니다. 서로 다른 종류의 파동이 가로 지르기 때문입니다.
뉴턴의 두 번째 법칙을 고려하여 얻은 파동 방정식은 다음과 같이 작성됩니다.
위의 방정식에서 u는 세 공간 좌표 x, y, z와 시간 t에 따라 달라지는 파동 함수입니다 : u = u (x, y, z, t). 또한 v는 방해의 속도입니다. 파동 방정식은 필요한 지오메트리에 따라 다른 좌표계에서 나타낼 수 있습니다.
방정식에 대한 해결책을 찾기 위해 문제의 조건에 맞게 조정됩니다. 예를 들어 형상이 구분되고 방해가 이동하는 매체의 속성이 설정됩니다.
다음과 같은 여러 유형의 표면파가 있습니다.
-중력이 횡 방향 이동을 가능하게하는 복원력을 제공하는 처음에 설명 된 파도와 같은 중력파 (중력파).
-연못의 표면이 부풀어 오르는 것은 여기에 복원력으로 작용하는 물의 표면 장력입니다.
-지진 발생시 지표면에서 움직이는 지표 탄성파.
-횡 방향 임에도 불구하고 표면 위를 이동하도록 적절하게 유도 할 수있는 전자파.
-현을 세게 두드리면 기타의 현에서 생성되는 일부 유형의 웨이브.
지구 표면의 표면 탄성파
그림 3. 지구 표면의 표면파. 입자의 운동은 가로 및 세로 변위의 조합입니다. 출처 : Giambattista, A. 2010. Physics. 2 위. 판. McGraw Hill.
파동 방정식을 풀 때 우리가 말했듯이 해는 다른 유형의 파동에 해당합니다. 외란이 지각과 같은 고체 매체에서 움직일 때 그 과정을 단순화하는 몇 가지 가정을 할 수 있습니다.
이러한 이유로 매체는 완벽하게 탄성, 균질 및 등방성으로 간주되어 위치 나 방향에 관계없이 속성이 동일합니다.
이를 염두에두고 탄성 매체의 파동 방정식에 대한 두 가지 해는 표면파에 해당합니다.
-Waves of Rayleigh, 영국 물리학 자 Rayleigh 경 (1842-1919)의 이름을 따서 명명되었습니다.
-Waves of Love, Augustus Love, 영국 지구 물리학 자이자 수학자 (1863-1940)가 작성하여 탄성에 관한 그의 작품에서 이러한 파도의 이론을 개발했습니다.
지진에서는 이러한 파동을 L 파라고하는데, P 파와 S 파와 구별하기 위해 둘 다 위에서 설명한 조건의 파동 방정식에 대한 솔루션 인 체적 파 (체파)로 간주됩니다. P 파는 세로이고 S 파는 가로입니다.
표면파의 예
레일리 파도
레일리 파에서 파면 입자는 수직면에서 진동하므로 수직으로 편광된다고합니다. 입자는 처음에 말했듯이 운동이 원형 인 바다 표면의 파도와는 달리 타원으로 이동합니다 (해안 근처에서는 다소 타원형 임).
그림에 표시된 것처럼 타원의 장축은 수직이고 단축은 전파 방향을 따릅니다. 운동이 역행, 즉 시계 반대 방향으로 수행된다는 점도 주목됩니다.
그림 4. 레일리 웨이브. 출처 : Lowrie, W. 2007. Fundamentals of Geophysics. 2 위. 판. 캠브리지 대학 출판부.
물 파와의 또 다른 중요한 차이점은 Rayleigh 파는 액체에서 발생하지 않는 전단력이 있기 때문에 고체 매체에서만 전파 할 수 있다는 것입니다.
입자 변위의 진폭은 깊이에 따라 기하 급수적으로 감소합니다. 파동이 표면에 국한되어 있기 때문에 고강도 지진 인 경우 파동이 지구를 여러 번 돌고 완전히 사라질 수 있습니다. .
사랑의 물결
Love wave에서 입자는 수평으로 편광되고 표면에 평행 한 큰 진폭의 운동을 가지고 있습니다. 이러한 유형의 파동의 속도는 파장 (분산 파)에 따라 다르지만 Rayleigh 파보다 약간 느린 속도로 이동합니다.
이러한 파동이 전파 되려면 중간에 하나 이상의 고속 레이어 위에 저속 레이어가 겹쳐 있어야합니다. 레일리 파와 마찬가지로 지진 중에 생성 된 러브 파는 에너지를 분산시키기 전에 지구를 여러 번 돌 수 있습니다.
그림 5. 사랑의 물결. 출처 : Wikimedia Commons. Nicoguaro
그라운드 롤
지진 탐사 기록에서 그라운드 롤 (ground roll)이라고하는이 변종 레일리 파동을 찾는 것이 일반적입니다. 이는 노이즈로 간주되며 피해야합니다. 왜냐하면 진폭이 크기 때문에보고자하는 반사를 가리기 때문입니다.
파도
깊은 곳에서 파도는 소리처럼 종파입니다. 이것은 전파 방향이 입자가 진동하는 방향과 동일하다는 것을 의미합니다.
그러나 표면 근처의 파동에는 세로 및 가로 구성 요소가 모두있어 입자가 거의 원형 경로를 따르게됩니다 (오른쪽 그림 2 참조).
그림 6. 파도는 표면파입니다. 출처 : Pixabay.
참고 문헌
- Figueroa, D. 2005. 파동과 양자 물리학. 과학 및 공학을위한 물리학 시리즈. D. Figueroa 편집.
- Giambattista, A. 2010. 물리학. McGraw Hill.
- Lowrie, W. 2007. 지구 물리학의 기초. 2 위. 판. 캠브리지 대학 출판부.
- Wikipedia. 사랑의 파도. 출처 : es.wikipedia.org.
- Wikipedia. 레일리 파도. 출처 : es.wikipedia.org.
- Wikipedia. 표면파. 출처 : en.wikipedia.org.