Onde longitudinali, differenze, esempi

IL onde longitudinali Si manifestano in materiale mezzi in cui le particelle oscillano in parallelo alla direzione in cui l'onda si muove. Come sarà apprezzato nelle seguenti immagini. Questa è la sua caratteristica distintiva.

Onde sonore, alcune onde che appaiono durante un terremoto e quelle che si verificano in a Slanky O primavera quando un piccolo impulso viene conferito nella stessa direzione del suo asse, sono buoni esempi di questo tipo di onde.

Figura 1. Il suono è un'onda longitudinale che produce compressioni e espansioni successive nell'aria. Fonte: Wikimedia Commons. Pluke [CC0]

Il suono si verifica quando un oggetto viene fatto vibrare (come la tastiera nella figura, uno strumento musicale o semplicemente le stringhe vocali) in un mezzo in grado di trasmettere il disturbo mediante vibrazione delle sue molecole. L'aria è un mezzo adeguato, ma anche liquidi e solidi lo sono.

Il disturbo modifica ripetutamente la pressione e la densità del mezzo. In questo modo l'onda produce compressioni ed espansioni (rarefazioni) nelle molecole del mezzo, poiché l'energia viene spostata a una certa velocità v.

Questi cambiamenti nella pressione sono percepiti dall'orecchio attraverso le vibrazioni nel timpano, che la rete nervosa è responsabile della trasformazione di piccole correnti elettriche. Dopo aver raggiunto il cervello, li interpreta come suoni.

In un'onda longitudinale, il modello che viene continuamente ripetuto viene chiamato ciclo, E la sua durata è il periodo dell'onda. C'è anche il ampiezza, che è la massima intensità e che viene misurata in base alla grandezza che viene presa come riferimento, nel caso del suono può essere la variazione della pressione nel mezzo.

Un altro parametro importante è il lunghezza d'onda: La distanza tra due compressioni o le espansioni successive, vedi Figura 1. Nel sistema internazionale la lunghezza d'onda è misurata in metri. Finalmente c'è il suo velocità (in metri /secondo per il sistema internazionale), il che indica la velocità con cui l'energia è diffusa.

[TOC]

Come sono le onde longitudinali nelle onde del mare?

In un corpo acquatico, le onde sono prodotte da molteplici cause (cambi di pressione, venti, interazioni gravitazionali con altre stelle). In questo modo, le onde marine possono essere classificate come:

- Ondate di vento

Può servirti: induttanza reciproca: formula/coefficiente, applicazioni, esercizi

- Marea

- Tsunami

La descrizione di queste onde è piuttosto complessa. In generale, in acque profonde le onde si muovono longitudinalmente, producendo compressioni e espansioni periodiche del mezzo, come descritto all'inizio.

Tuttavia, sulla superficie del mare le cose sono un po 'diverse, poiché le chiamate predominano lì onde superficiali, che combinano le caratteristiche delle onde longitudinali e delle onde trasversali. Pertanto, le onde che si muovono nelle profondità dell'ambiente acquatico differiscono notevolmente da quelli che lo fanno superficialmente.

Un legno che galleggia sulla superficie marina ha una sorta di movimento oscillante o di rotazione morbida. In effetti, quando le onde si rompono sulla costa sono i componenti longitudinali dell'onda che predominano, e mentre il legno risponde al movimento delle molecole d'acqua che la circondano, si osserva anche che vanno e vanno in superficie.

figura 2. Le onde marine sulla superficie sono onde che in parte hanno caratteristiche di onda longitudinale e parziale. Fonte: Fonte: Vargklo a in.Wikipedia [CC BY-SA 3.0 (http: // creativeCommons.Org/licenze/by-sa/3.0/]]

Relazione tra profondità e lunghezza d'onda

I fattori che determinano il tipo di onda che si verificano sono: la profondità dell'acqua e la lunghezza d'onda dell'onda marina.  Se alla profondità dell'acqua in un determinato punto si chiama D, E la lunghezza dell'onda è λ, le onde vanno da longitudinale a superficiale quando:

D < λ/2

In superficie le molecole d'acqua acquisiscono movimenti di rotazione che stanno perdendo all'aumentare della profondità. Lo sfregamento di acqua con lo sfondo fa diventare queste orbite ellittiche, come mostrato nella Figura 2.

Sulle spiagge, le acque vicino alla riva sono più irrequiete perché vi spezzano le onde, le particelle d'acqua frenano sul fondo e questo rende più accumulato l'acqua nelle creste. In acque più profonde invece, viene percepito poiché le onde sono ammorbidite.

Quando D >> λ/2  Hanno onde d'acqua profonde o Onde corte, Le orbite circolari o ellittiche diminuiscono per dimensioni e le onde longitudinali predominano. E se D << λ/2  Le onde sono acque superficiali o onde lunghe.

Differenze con le onde incrociate

Entrambe le onde longitudinali e trasversali rientrano nella categoria di Onde meccaniche, che richiedono un mezzo materiale per la propagazione.

Può servirti: forza elettromotrice

La più grande distinzione tra loro è stata menzionata all'inizio: nelle onde trasversali le particelle del mezzo si muovono perpendicolarmente alla direzione della propagazione dell'onda, mentre in quelle longitudinali oscillano nella stessa direzione seguite dal disturbo. Ma ci sono caratteristiche più distintive:

Più differenze tra onde trasversali e longitudinali

- In un'onda incrociata, si distinguono creste e valli, che in quelle longitudinali equivalgono alle compressioni e alle espansioni.

- Un'altra differenza è che le onde longitudinali non sono polarizzate perché la direzione della velocità dell'onda è la stessa del movimento delle particelle oscillanti.

- Le onde trasversali possono diffondersi in qualsiasi mezzo e persino vuoto, come le onde elettromagnetiche. D'altra parte all'interno dei fluidi, privi di rigidità, le particelle non hanno altra possibilità che scivolare l'uno con l'altro e muoversi come fa il disturbo, cioè longitudinalmente.

Di conseguenza, le onde originate nel mezzo delle masse oceaniche e atmosferiche sono longitudinali, poiché le onde trasversali richiedono mezzi sufficienti per consentire movimenti perpendicolari caratteristici.

- Le onde longitudinali causano variazioni di pressione e densità nel mezzo attraverso le quali si propagano. D'altra parte, le onde trasversali non influiscono sull'ambiente in questo modo.

Somiglianze tra onde longitudinali e trasversali

In comune hanno le stesse parti: periodo, ampiezza, frequenza, cicli, fase e velocità. Tutte le onde sperimentano la riflessione, la rifrazione, la diffrazione, l'interferenza e l'effetto Doppler e l'energia di trasporto attraverso il mezzo.

Anche quando le creste e le valli sono distintive per un'onda trasversale, le compressioni nell'onda longitudinale sono analoghe alle creste e alle espansioni alle valli, in modo che entrambe le onde ammettano la stessa descrizione matematica di onde sinusoidale o sinusoidale.

Esempi di onde longitudinali

Le onde sonore sono le onde longitudinali più tipiche e sono tra le più studiate, poiché sono le basi della comunicazione e dell'espressione musicale, ragioni per la loro importanza nella vita delle persone. Inoltre, le onde sonore hanno importanti applicazioni in medicina, sia diagnostiche che di trattamento.

La tecnica degli ultrasuoni è ben nota per ottenere immagini mediche, nonché per il trattamento delle calcoli renali, tra le altre applicazioni. L'ecografia è generato da un cristallo piezoelettrico in grado di creare un'onda di pressione longitudinale quando viene applicato un campo elettrico (produce anche una corrente quando viene applicata la pressione).

Può servirti: darcy law

Per vedere davvero cos'è un'onda longitudinale, niente di meglio delle molle elicoidali o Slinkys. Dare un piccolo impulso alla primavera è immediato osservare come le compressioni e le espansioni si stanno diffondendo alternativamente durante le curve.

- Onde sismiche

Anche le onde longitudinali fanno parte dei movimenti sismici. I terremoti sono costituiti da diversi tipi di onde, tra cui il onde p o primario e onde s o secondario. I primi sono longitudinali, mentre nelle seconde particelle del mezzo vibrano nella direzione trasversale allo spostamento dell'onda.

Nei terremoti ci sono entrambe le onde longitudinali (onde primarie P) e trasversali (onde secondarie) e altri tipi, come le onde Rayleight e l'amore, superficiale.

In effetti, le onde longitudinali sono le uniche conosciute, possono viaggiare attraverso il centro della terra. Essendo che questi si muovono solo nei media liquidi o gassosi, gli scienziati pensano che il nucleo della Terra sia principalmente composto da ghisa.

- Esercizio di domanda

P onde e onde S prodotte durante un terremoto viaggia a velocità diverse sulla Terra, quindi i loro tempi di arrivo nelle stazioni del terremoto sono diversi (vedi Figura 3). Grazie a ciò è possibile determinare la distanza dall'epicentro del terremoto, per triangolazione, utilizzando tre o più dati delle stazioni.

Figura 3. Le onde sismiche P e S raggiungono i sismografi con tempi diversi, poiché le loro velocità sono diverse. Fonte: Wikimedia Commons.

Supponiamo v_P = 8 km/s è la velocità delle onde P, mentre la velocità delle onde W è V_S = 5 km/s. Le onde P arrivano per 2 minuti prima delle prime onde S. Come calcolare la distanza dall'epicentro?

Risposta

Essere la distanza tra l'epicentro e la stazione sismologica. Con i dati forniti è il tempo di viaggio t_P e T_S di ogni onda:

v_P = D/ t_P

v_S = D/ t_S

La differenza è Δt = t_S - T_P:

ΔT = d/ v_S - D/ v_P = D (1/ v_S  - 1/ v_P)

Cancella il valore di d:

 D = Δt / (1 / v_S  - 1/ v_P) = (Δt . v_P. v_C ) /(V_P - v_C)

Sapere che 2 minuti = 120 secondi e sostituendo il resto dei valori:

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

Riferimenti

1. Differenza tra onde trasversali e longitudinali. Recuperato da: fisico.com.
2. Figueroa, d. 2005.Onde e fisica quantistica. Serie fisiche per la scienza e l'ingegneria. Volume 7. A cura di Douglas Figueroa. Università di Simon Bolivar. 1-58.
3. Infrasonico e ultrasuoni. Recuperato da: LPI.Tel.uva.È
4. Rex, a. 2011. Fondamenti di fisica. Pearson. 263-286.
5. Russell, d. Movimento dell'onda longitudinale e trasversale. Recuperato da: ACS.PSU.Edu.
6. Onde d'acqua. Recuperato da: Labman.Phys.utk.Edu.