- סוגי גלי שטח
- גלים אלסטיים שטחיים על פני כדור הארץ
- דוגמאות לגלים לפני השטח
- גלי של ריילי
- גלי אהבה
- גליל קרקע
- גלי האוקיינוס
- הפניות
גלי שטח הם אלה שבהם החלקיקים הרוטטים הינם בעלי תנועה בשני ממדים, כמו הגלים הנוצרים כאשר נפילת אבן לבריכה או לאגם.
סוג זה של גל מתרחש בממשק בין שני מדיות שונות, כמו האוקיאנוס והאוויר, או בין פני כדור הארץ והאוויר. אלה גלים שבהם החלקיקים חווים רוחביים בשילוב עם תזוזות אורכיות, כלומר דו ממדיות.
איור 1. גלי משטח בבריכה. מקור: Pixabay.
לדוגמה, חלקיקי המים על פני האוקיאנוס - גלים - נעים בשבילים מעגליים. כאשר הגלים נשברים על החוף, עקירות אורכיות שולטות ולכן האצות או פיסת עץ שצף נעות בצורה חלקה מקדימה לאחור.
גלים גם נעים על פני כדור הארץ באופן המקביל לגלי הים. הם נוסעים במהירות איטית יותר מהגלים שנעים פנימה דרך נפח כדור הארץ, אך הם מסוגלים לגרום לתהודה במבנים ביתר קלות.
מכיוון שגלים מייצרים רעידות ונושאים אנרגיה, יש להם השפעות הרסניות במהלך רעידות אדמה.
איור 2. גלי משטח באוקיאנוס. חלקיקי המים נעים בכיוון השעון כאשר תנועת הגל היא משמאל לימין. בנקודה הגבוהה ביותר הם נמצאים על פסגת הגל ואילו הנקודה הנמוכה ביותר נקראת התעלה. מקור הדמות השמאלית: פ. זפטה. המקור לדמות הימנית: Giambattista, A. 2010. Physics. 2. מַהֲדוּרָה. מקגרו היל.
סוגי גלי שטח
כל סוג של גל, בין שטחי ובין אם לא, הוא פיתרון של משוואת הגלים, המיושמת כמעט על כל סוג של תנועת גלים, לא רק מכני, כדוגמאות שתוארו, אלא גם גלים אלקטרומגנטיים, שהם סוגים שונים של גלים כשהם רוחביים.
משוואת הגל, שמתקבלת בהתחשב בחוק השני של ניוטון, נכתבת כך:
במשוואה לעיל u היא פונקציית הגל התלויה בשלושת הקואורדינטות המרחביות x, y ו- z בתוספת זמן t: u = u (x, y, z, t). יתר על כן, v היא מהירות ההפרעה. ניתן לציין את משוואת הגלים במערכות קואורדינטות אחרות בהתאם לגיאומטריה הנדרשת.
כדי למצוא את פיתרון המשוואה, הוא מותאם לתנאי הבעיה, בהם, למשל, תוחם הגאומטריה ותכונות המדיום דרכו נוצרות ההפרעות.
ישנם סוגים רבים של גלי שטח, כגון:
- גלי כבידה (גלי כבידה) כמו גלי אוקיאנוס שתוארו בהתחלה, בהם כוח הכבידה מספק כוח מחזיר המאפשר תנועה רוחבית.
השטח מתנפח בבריכה, הנה מתח פני השטח של המים המפעילים ככוח מחזיר.
-גלים אלסטיים לפני השטח הנעים על פני כדור הארץ במהלך רעידת אדמה.
-גלים אלקטרומגנטיים, שלמרות היותם רוחביים, ניתנים להכוונה נכונה לנוע על פני שטח.
-סוגים מסוימים של גלי המיוצרים במיתרי הגיטרה כאשר המיתרים מכים בעוצמה.
גלים אלסטיים שטחיים על פני כדור הארץ
איור 3. גל משטח על פני כדור הארץ. תנועת החלקיקים היא שילוב של תזוזות רוחביות ואורכיות. מקור: Giambattista, A. 2010. Physics. 2. מַהֲדוּרָה. מקגרו היל.
כאשר פותרים את משוואת הגלים, הפתרונות, כאמור, מתאימים לסוגים שונים של גלים. כאשר ההפרעה נעה במדיום יציב כמו קרום כדור הארץ, ניתן להניח לגביו כמה הנחות שמפשטות את התהליך.
מסיבה זו המדיום נחשב לאלסטי לחלוטין, הומוגני ואיזוטרופי, מה שאומר שתכונותיו זהות ללא קשר למיקום או כיוון.
מתוך מחשבה זו, שניים מהפתרונות למשוואת הגלים במדיום אלסטי תואמים את גלי השטח:
- גלי ריילי, על שם הלורד ריילי (1842-1919), הפיזיקאי הבריטי שתיאר אותם לראשונה.
-Waves of Love, מאת אוגוסטוס לאב, הגיאופיזיקאי והמתמטיקאי הבריטי (1863-1940) שפיתח את התיאוריה של הגלים הללו בעבודותיו על גמישות.
בסיסמיקה קוראים גלים אלה גלי L, כדי להבדיל אותם מגלי P וגלי S, שניהם נחשבים גלי נפח (גלי גוף) המהווים גם הם פיתרון למשוואת הגלים עם התנאים שתוארו לעיל. גלי P הם אורכיים וגלי S הם רוחביים.
דוגמאות לגלים לפני השטח
גלי של ריילי
בגל של ריי, חלקיקי הגבול רוטטים במישור האנכי, ולכן אומרים שהם מקוטבים אנכית. החלקיקים נעים באליפסה, בניגוד לגלים שעל פני האוקיאנוס, שתנועתם מעגלית, כפי שנאמר בהתחלה (אם כי בסמוך לחוף הם אליפיים למדי).
הציר העיקרי של האליפסה הוא אנכי והציר הקטין עוקב אחר כיוון ההתפשטות, כפי שמוצג באיור. שם מצוין גם כי התנועה משודרגת, כלומר היא מתבצעת בכיוון נגד כיוון השעון.
איור 4. גל ריילי. מקור: Lowrie, W. 2007. יסודות הגיאופיזיקה. 2. מַהֲדוּרָה. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '.
הבדל חשוב נוסף עם גלי מים הוא שגלי ריילי יכולים להתפשט רק בתקשורת מוצקה, מכיוון שיש כוח גזירה שלא מופיע בנוזלים.
משרעת העקירה של החלקיק פוחתת באופן אקספוננציאלי עם העומק, שכן הגל מוגבל לפני השטח, אם כי אם מדובר ברעידת אדמה בעוצמה גבוהה, הגלים יכולים להקיף את כדור הארץ מספר פעמים לפני שדעך לחלוטין. .
גלי אהבה
בגלי אהבה החלקיקים מקוטבים אופקית ובעלי משרעת תנועה גדולה במקביל לשטח. הם נעים במהירות איטית מעט יותר מאשר גלי ריילי, אם כי המהירות בסוגים אלו של גלי תלויה באורך הגל (גל פיזור).
כדי שגלים אלה יתפשטו חייבת להיות שכבה במהירות נמוכה המונחת על שכבה אחת לפחות במהירות גבוהה יותר באמצע. בדומה לגלי ריילי, גלי אהבה המיוצרים במהלך רעידת אדמה יכולים להקיף את כדור הארץ מספר פעמים לפני שפיזרו את האנרגיה שלהם.
איור 5. גלי אהבה. מקור: Wikimedia Commons. ניקוגוארו
גליל קרקע
מקובל למצוא גרסה זו של גלי ריילי, המכונים גליל קרקע, ברישומי חקר סייסמי. זה נחשב לרעש ויש להימנע ממנו, מכיוון שהמשרעת הרבה שלו הוא לפעמים מסווה את ההשתקפויות שאתה מחפש לראות.
גלי האוקיינוס
בעומק רב, גלי האוקיאנוס הם גלי אורכיות, כמו אלה של הצליל. המשמעות היא שכיוון ההתפשטות שלו זהה לכיוון בו הרטט החלקיקים.
עם זאת, הגל, סמוך לפני השטח, כולל רכיבים אורכיים וגם רוחביים, וגורם לחלקיקים ללכת בדרך מעגלית כמעט (ראה איור 2 מימין).
איור 6. גלי אוקיינוס הם גלי שטח. מקור: Pixabay.
הפניות
- Figueroa, D. 2005. גלים ופיזיקה קוונטית. סדרת פיזיקה למדע והנדסה. נערך על ידי ד. פיגארואה.
- Giambattista, A. 2010. Physics. מקגרו היל.
- לורי, וו. 2007. יסודות הגיאופיזיקה. 2. מַהֲדוּרָה. הוצאת אוניברסיטת קיימברידג '.
- ויקיפדיה. גלי אהבה. התאושש מ: es.wikipedia.org.
- ויקיפדיה. גלי של ריילי. התאושש מ: es.wikipedia.org.
- ויקיפדיה. גלי שטח. התאושש מ: en.wikipedia.org.