Il onde di superficie sono quelle in cui le particelle vibranti hanno movimento in due dimensioni, come le onde che si producono quando una pietra cade in uno stagno o in un lago.
Questo tipo di onda si verifica all'interfaccia tra due diversi mezzi, come l'oceano e l'aria, o tra la superficie della Terra e l'aria. Sono onde in cui le particelle subiscono trasversali combinate con spostamenti longitudinali, cioè bidimensionali.
Ad esempio, le particelle d'acqua sulla superficie dell'oceano - le onde - si muovono secondo percorsi circolari. Quando le onde si infrangono sulla riva, predominano gli spostamenti longitudinali ed è per questo che si vedono alghe o un pezzo di legno che galleggia muoversi dolcemente da davanti a dietro.
Le onde si muovono anche sulla superficie terrestre in modo analogo alle onde dell'oceano. Viaggiano a una velocità inferiore rispetto alle onde che si muovono internamente attraverso il volume terrestre, ma sono in grado di provocare più facilmente la risonanza negli edifici..
Poiché le onde producono vibrazioni e trasportano energia, hanno effetti distruttivi durante i terremoti..
Indice articolo
Qualsiasi tipo di onda, superficiale o meno, è una soluzione dell'equazione delle onde, che si applica a quasi tutti i tipi di moto ondoso, non solo meccanico, come negli esempi descritti, ma anche onde elettromagnetiche, che sono un diverso tipo di onde poiché sono trasversali.
L'equazione delle onde, che si ottiene considerando la seconda legge di Newton, è scritta così:
Nell'equazione precedente, o è la funzione d'onda che dipende dalle tre coordinate spaziali X, Y Y z più tempo t: u = u (x, y, z, t). Cosa c'è di più v è la velocità del disturbo. L'equazione delle onde può essere dichiarata in altri sistemi di coordinate a seconda della geometria richiesta.
Per trovare la soluzione dell'equazione, viene adattata alle condizioni del problema, in cui, ad esempio, viene delimitata la geometria e vengono stabilite le proprietà del mezzo attraverso il quale si muove il disturbo..
Esistono molti tipi di onde di superficie, come ad esempio:
-Onde gravitazionali (onde gravitazionali) come le onde oceaniche descritte all'inizio, in cui la gravità fornisce una forza di ripristino che consente il movimento trasversale.
-La superficie si gonfia in uno stagno, ecco la tensione superficiale dell'acqua che esercita come forza riparatrice.
-Onde elastiche superficiali che si muovono sulla superficie terrestre durante un terremoto.
-Le onde elettromagnetiche, che pur essendo trasversali, possono essere adeguatamente guidate per muoversi su una superficie.
-Alcuni tipi di onde che vengono prodotte nelle corde di una chitarra quando le corde vengono colpite con forza.
Quando si risolve l'equazione delle onde, le soluzioni, come abbiamo detto, corrispondono a diversi tipi di onde. Quando il disturbo si muove in un mezzo solido come la crosta terrestre, è possibile fare alcune ipotesi al riguardo che semplificano il processo..
Pertanto, il mezzo è considerato perfettamente elastico, omogeneo e isotropo, il che significa che le loro proprietà sono le stesse indipendentemente dalla posizione o dalla direzione.
Tenendo presente questo, due delle soluzioni all'equazione delle onde in un mezzo elastico corrispondono alle onde di superficie:
-Onde di Rayleigh, che prendono il nome da Lord Rayleigh (1842-1919), il fisico britannico che per primo le descrisse.
-Waves of Love, di Augustus Love, geofisico e matematico britannico (1863-1940) che ha sviluppato la teoria di queste onde nelle sue opere sull'elasticità.
In sismica, queste onde sono chiamate Onde L., per differenziarle dalle onde P e S, entrambe considerate onde di volume (onde del corpo) che sono anche una soluzione dell'equazione delle onde con le condizioni sopra descritte. Le onde P sono longitudinali e le onde S sono trasversali.
In un'onda di Rayleigh, le particelle del fronte d'onda vibrano sul piano verticale, quindi si dice che siano polarizzate verticalmente. Le particelle si muovono descrivendo un'ellisse, a differenza delle onde sulla superficie dell'oceano, il cui movimento è circolare, come si diceva all'inizio (sebbene vicino alla costa siano piuttosto ellittiche).
L'asse maggiore dell'ellisse è verticale e l'asse minore segue la direzione di propagazione, come mostrato in figura. Lì si nota anche che il movimento è retrogrado, cioè viene eseguito in senso antiorario.
Un'altra importante differenza con le onde d'acqua è che le onde di Rayleigh possono propagarsi solo in mezzi solidi, poiché esiste una forza di taglio che non si verifica nei liquidi.
L'ampiezza dello spostamento della particella diminuisce in modo esponenziale con la profondità, poiché l'onda è confinata alla superficie, sebbene se si tratta di un terremoto ad alta intensità, le onde possono circondare la Terra più volte prima di scomparire completamente..
Nelle onde Love, le particelle sono polarizzate orizzontalmente e hanno una grande ampiezza di movimento parallela alla superficie. Si muovono a una velocità leggermente inferiore rispetto alle onde di Rayleigh, sebbene la velocità in questi tipi di onde dipenda dalla lunghezza d'onda (onda dispersiva).
Affinché queste onde si propagino, deve esserci al centro uno strato di bassa velocità sovrapposto ad almeno uno strato di velocità maggiore. Come le onde di Rayleigh, le onde dell'Amore prodotte durante un terremoto possono circondare la Terra più volte prima di disperdere la loro energia..
È comune trovare questa variante delle onde di Rayleigh, chiamata rullo a terra, nelle registrazioni di esplorazione sismica. È considerato rumore e va evitato, perché a causa della sua grande ampiezza, a volte maschera i riflessi che si cercano di vedere.
A grande profondità, le onde dell'oceano sono onde longitudinali, come quelle del suono. Ciò significa che la loro direzione di propagazione è la stessa della direzione in cui vibrano le particelle..
Tuttavia, l'onda, vicino alla superficie, ha componenti sia longitudinali che trasversali, facendo sì che le particelle seguano un percorso quasi circolare (vedi figura 2 a destra).
Nessun utente ha ancora commentato questo articolo.