Il onde longitudinali si manifestano in mezzi materiali in cui le particelle oscillano parallelamente alla direzione in cui viaggia l'onda. come si vedrà nelle immagini seguenti. Questa è la sua caratteristica distintiva.
Le onde sonore, certe onde che compaiono durante un terremoto e quelle che si verificano in a slinky o la molla quando riceve un piccolo impulso nella stessa direzione del suo asse, sono buoni esempi di questo tipo di onde.
Il suono viene prodotto quando un oggetto (come il diapason della figura, uno strumento musicale o semplicemente le corde vocali) viene fatto vibrare in un mezzo in grado di trasmettere il disturbo attraverso la vibrazione delle sue molecole. L'aria è un mezzo adatto, 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 si muove a una certa velocità. v.
Questi cambiamenti di pressione sono percepiti dall'orecchio attraverso le vibrazioni del timpano, che la rete nervosa è responsabile della trasformazione in minuscole correnti elettriche. Una volta raggiunto il cervello, li interpreta come suoni.
In un'onda longitudinale viene chiamato il modello che si ripete continuamente ciclo, e la sua durata è periodo onda. C'è anche il file ampiezza, quale è l'intensità massima e che viene misurata in base alla grandezza presa come riferimento, nel caso del suono può essere la variazione di pressione nel mezzo.
Un altro parametro importante è il file lunghezza d'onda: la distanza tra due compressioni o espansioni successive, vedi figura 1. Nel Sistema Internazionale la lunghezza d'onda è misurata in metri. Finalmente c'è il tuo velocità (in metri / secondo per il Sistema Internazionale), che indica la velocità con cui l'energia si propaga.
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In un corpo acquatico, le onde sono prodotte da molteplici cause (variazioni di pressione, venti, interazioni gravitazionali con altre stelle). In questo modo, le onde marine possono essere classificate in:
- Onde di vento
- Maree
- Tsunami
La descrizione di queste onde è piuttosto complessa. In linea generale, nelle acque profonde le onde si muovono longitudinalmente, producendo periodiche compressioni ed espansioni del mezzo, come descritto all'inizio..
Tuttavia, sulla superficie del mare le cose sono un po 'diverse, poiché lì il cosiddetto onde di superficie, che combinano le caratteristiche dell'onda longitudinale e dell'onda di taglio. Pertanto, le onde che si muovono nelle profondità dell'ambiente acquatico differiscono notevolmente da quelle che si muovono superficialmente..
Un tronco che galleggia sulla superficie del mare ha una sorta di movimento alternativo o dolcemente rotante. Infatti, quando le onde si infrangono sulla riva, sono le componenti longitudinali dell'onda che predominano, e poiché il tronco risponde al movimento delle molecole d'acqua che lo circondano, si osserva anche andare e venire in superficie..
I fattori che determinano il tipo di onda che viene prodotta sono: la profondità dell'acqua e la lunghezza d'onda dell'onda del mare. Se viene chiamata la profondità dell'acqua in un dato punto d, e la lunghezza d'onda è λ, le onde passano da longitudinali a superficiali quando:
d < λ/Due
In superficie, le molecole d'acqua acquisiscono movimenti rotatori che perdono all'aumentare della profondità. L'attrito della massa d'acqua con il fondo fa sì che queste orbite diventino ellittiche, come mostrato in figura 2.
Sulle spiagge le acque vicino alla riva sono più agitate perché lì le onde si infrangono, le particelle d'acqua vengono rallentate sul fondo e questo fa sì che più acqua si accumuli sui crinali. Nelle acque più profonde, tuttavia, si percepisce come il moto ondoso si addolcisca.
Quando d >> λ/Due hai onde del mare profondo u onde corte, le orbite circolari o ellittiche diminuiscono di dimensioni e predominano le onde longitudinali. Cosa succede se d << λ/Due le onde provengono da acque superficiali o onde lunghe.
Sia le onde longitudinali che quelle trasversali rientrano nella categoria di onde meccaniche, che richiedono un mezzo materiale per la loro propagazione.
La principale distinzione operata tra i due è stata menzionata all'inizio: nelle onde trasversali le particelle del mezzo si muovono perpendicolarmente alla direzione di propagazione dell'onda, mentre nelle onde longitudinali oscillano nella stessa direzione seguita dal disturbo. Ma ci sono caratteristiche più distintive:
- In un'onda trasversale si distinguono creste e valli, che in quelle longitudinali equivalgono a compressioni ed espansioni.
- Un'altra differenza è che le onde longitudinali non sono polarizzate perché la direzione della velocità dell'onda è la stessa di quella del movimento delle particelle oscillanti..
- Le onde trasversali possono propagarsi in qualsiasi mezzo e anche nel vuoto, come le onde elettromagnetiche. D'altra parte, all'interno dei fluidi, privi di rigidità, le particelle non hanno altra scelta che scivolare l'una sull'altra e muoversi come fa il disturbo, cioè longitudinalmente..
Di conseguenza, le onde che si originano nel mezzo delle masse oceaniche e atmosferiche sono longitudinali, poiché le onde trasversali richiedono mezzi con sufficiente rigidità per consentire i caratteristici movimenti perpendicolari..
- Le onde longitudinali provocano variazioni di pressione e densità nel mezzo attraverso il quale si propagano. D'altra parte, le onde trasversali non influenzano il mezzo in questo modo.
Hanno le stesse parti in comune: periodo, ampiezza, frequenza, cicli, fase e velocità. Tutte le onde subiscono riflessione, rifrazione, diffrazione, interferenza e l'effetto Doppler e trasportano energia attraverso il mezzo..
Anche se i picchi e le valli sono distintivi di un'onda trasversale, le compressioni nell'onda longitudinale sono analoghe ai picchi e le espansioni alle valli, in modo tale che entrambe le onde ammettono la stessa descrizione matematica di onda sinusoidale o sinusoidale..
Le onde sonore sono le onde longitudinali più tipiche e sono tra le più studiate, poiché sono il fondamento della comunicazione e dell'espressione musicale, ragioni della loro importanza nella vita delle persone. Inoltre, le onde sonore hanno importanti applicazioni in medicina, sia nella diagnosi che nel trattamento..
La tecnica ad ultrasuoni è ben nota per ottenere immagini mediche, nonché per il trattamento dei calcoli renali, tra le altre applicazioni. Gli ultrasuoni sono generati 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).
Per vedere davvero come appare un'onda longitudinale, niente di meglio delle molle elicoidali o slinkys. Dando un piccolo impulso alla molla, è immediato osservare come le compressioni e le espansioni si propagano alternativamente lungo tutta la lunghezza delle spire..
Anche le onde longitudinali fanno parte dei movimenti sismici. I terremoti sono costituiti da diversi tipi di onde, tra cui il Onde P. o primarie e Onde S. o secondario. I primi sono longitudinali, mentre nel secondo le particelle del mezzo vibrano in direzione trasversale allo spostamento dell'onda..
Nei terremoti si producono sia onde longitudinali (onde P primarie) che trasversali (onde S secondarie) e altri tipi, come onde di Rayleigh e onde di Love, superficiali.
In effetti, le onde longitudinali sono le uniche conosciute per viaggiare attraverso il centro della Terra. Poiché questi si muovono solo in mezzi liquidi o gassosi, gli scienziati pensano che il nucleo terrestre sia composto principalmente da ferro fuso..
Le onde P e S prodotte durante un terremoto viaggiano a velocità diverse sulla Terra, quindi i loro tempi di arrivo alle stazioni sismografiche sono diversi (vedi figura 3). Grazie a questo, è possibile determinare la distanza dall'epicentro del terremoto, mediante triangolazione, utilizzando i dati di tre o più stazioni..
Supponiamo che vP = 8 km / s è la velocità delle onde P, mentre la velocità delle onde S è vS = 5 km / s. Le onde P arrivano 2 minuti prima delle prime onde S. Come calcolare la distanza dall'epicentro?
Sia D la distanza tra l'epicentro e la stazione sismologica. Con i dati forniti è possibile risalire al tempo di percorrenza tP e tuS di ogni onda:
vP = D / tP
vS = D / tS
La differenza è Δt = tS - tP:
Δt = D / vS - D / vP = D (1 / vS - 1 / vP)
Risolvendo per il valore di D:
D = Δt / (1 / vS - 1 / vP) = (Δt. VP. vC ) / (vP - vC)
Sapendo 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.
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