Ondas de superfície, tipos e exemplos

As ondas superficiais São aqueles em que as partículas vibratórias têm movimento bidimensional, como as ondas que ocorrem quando uma pedra cai em um lago ou em um lago.

Esse tipo de onda é produzido na interface entre dois meios diferentes, como oceano e ar, ou entre a superfície da terra e o ar. São ondas em que as partículas experimentam deslocamentos transversais combinados com longitudinal, ou seja, bilimensional.

figura 1. Ondas superficiais em um lago. Fonte: Pixabay.

Por exemplo, partículas de água na superfície oceânica - ondas - movendo descrevendo trajetórias circulares. Ao quebrar as ondas na costa, predominam os deslocamentos longitudinais e é por isso que as algas ou um pedaço de madeira que está flutuando suavemente se movendo de frente para trás.

Na superfície da terra, as ondas também se movem análogas às ondas do mar. Eles viajam a uma velocidade mais baixa do que as ondas que se movem internamente através do volume terrestre, mas são capazes de provocar ressonância em edifícios mais facilmente.

Como as ondas produzem vibrações e transportam energia, tenha efeitos destrutivos durante os terremotos.

Figura 2. Ondas de superfície no oceano. As partículas de água se movem em um cronograma quando o movimento da onda é da esquerda para a direita. No ponto mais alto, eles estão na crista das ondas, enquanto o ponto mais baixo é chamado de canal. Fonte da figura esquerda: f. Zapata. Fonte da figura certa: Giambattista, um. 2010. Física. 2º. Edição. McGraw Hill.

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Tipos de ondas superficiais

Qualquer tipo de onda, superficial ou não, é uma solução da equação da onda, que se aplica a quase qualquer tipo de movimento ondulatório, não apenas mecânico, como os exemplos descritos, mas também de ondas eletromagnéticas, que são um tipo diferente de tipo de ondas, uma vez que são transversais.

A equação da onda, que é obtida considerando que a segunda lei de Newton é escrita assim:

Onde ∇ simboliza Operador Laplaciano, que pode ser expresso o seguinte em coordenadas retangulares:

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Na equação anterior, ou É a função de onda que depende das três coordenadas espaciais x, e e z Mais tempo t: u = u (x, y, z, t). Além do mais v É a velocidade de perturbação. A equação de onda pode ser aumentada em outros sistemas de coordenadas, dependendo da geometria necessária.

Para encontrar a solução da equação, isso está em conformidade com as condições do problema, nas quais, por exemplo, a geometria é delimitada e as propriedades do ambiente são estabelecidas através da qual o distúrbio é movido.

Existem muitos tipos de ondas superficiais, como:

-Ondas gravitacionais (Ondas de gravidade) Como as ondas oceânicas descritas no início, em que a gravidade fornece uma força restauradora que permite o movimento transversal.

-As ondas superficiais em um lago, aqui está a tensão superficial da água que exerce como uma força restauradora.

-As ondas elásticas superficiais que se movem na superfície da terra durante um terremoto.

-Ondas eletromagnéticas, que apesar de serem transversais, podem ser adequadamente guiadas para se mover em uma superfície.

-Alguns tipos de ondas que ocorrem nas cordas de um violão quando as cordas são pressionadas com força.

Ondas elásticas superficiais na superfície da Terra

Figura 3. Onda superficial na superfície da Terra. O movimento das partículas é uma combinação de deslocamentos transversais e longitudinais. Fonte: Giambattista, A. 2010. Física. 2º. Edição. McGraw Hill.

Ao resolver a equação de onda, as soluções, como dissemos, correspondem a diferentes tipos de ondas. Quando o distúrbio se move em um meio sólido, como a crosta terrestre, é possível fazer algumas suposições sobre isso que simplificam o processo.

Portanto, considera -se que o meio é perfeitamente elástico, homogêneo e isotrópico, o que significa que suas propriedades são as mesmas, independentemente da posição ou endereço.

Com isso em mente, duas das soluções de equação de ondas em um meio elástico correspondem a ondas superficiais:

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-Rayleight Waves, nomeado em homenagem a Lord Rayleight (1842-1919), o físico britânico que os descreveu primeiro.

-Ondas de amor, por Augustus Love, britânico geofísico e matemático.

Em sísmico, essas ondas são chamadas ondas l, para diferenciá -los das ondas P e S, ambos consideraram ondas de volume (Ondas corporais) que eles também são uma solução da equação de onda com as condições descritas acima. As ondas p são longitudinais e as ondas S são transversais.

Exemplos de ondas superficiais

Rayleight Waves

Em uma onda de Rayleight, as partículas de frente de onda vibram no plano vertical, portanto, diz -se que elas são polarizadas verticalmente. As partículas se movem descrevendo uma elipse, ao contrário das ondas na superfície do oceano, cujo movimento é circular, como declarado no início (embora perto da costa sejam bastante elíticos).

O eixo principal da elipse é vertical e o eixo menor segue a direção da propagação, como pode ser visto na figura. Lá também é avisado de que o movimento é retrógrado, ou seja, é feito contrário às agulhas do relógio.

Figura 4. Rayleight Wave. Fonte: Lowrie, W. 2007. Geofísica fundamental. 2º. Edição. Cambridge University Press.

Outra diferença importante com as ondas de água é que as ondas de Rayleight só podem se espalhar em meios sólidos, pois há uma força de cisalhamento que não ocorre em líquidos.

A amplitude do deslocamento das partículas diminui exponencialmente com a profundidade, uma vez que a onda é confinada à superfície, embora seja um terremoto de grande intensidade, as ondas podem virar a terra várias vezes antes de desaparecer completamente.

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Ondas de amor

Ondas de amor, as partículas são polarizadas horizontalmente e têm uma grande amplitude de movimento paralelamente à superfície. Eles se movem a uma velocidade ligeiramente menor do que as ondas de Rayleight, embora a velocidade nesse tipo de onda dependa do comprimento de onda (onda dispersiva).

Para essas ondas se espalharem no meio. Assim como as ondas de Rayleight, as ondas de amor produzidas durante um terremoto podem devolver a terra várias vezes antes de dispersar sua energia.

Figura 5. Ondas de amor. Fonte: Wikimedia Commons. Nicoguaro [CC por 4.0 (https: // CreativeCommons.Org/licenças/por/4.0)]

Rolagem no solo

É comum encontrar essa variante das ondas de Rayleight, chamadas Rolagem no solo, Em registros de exploração sísmica. É considerado ruído e você precisa evitá -lo, porque devido à sua grande amplitude, às vezes as reflexões a serem vistas mascá.

Ondas oceânicas

Em grande profundidade, as ondas oceânicas são ondas longitudinais, como som. Isso significa que seu endereço de propagação é o mesmo que a direção em que as partículas vibram.

No entanto, a onda, perto da superfície, possui componentes longitudinais e transversais, fazendo com que as partículas descrevam uma trajetória quase circular (veja a Figura 2 à direita).

Figura 6. As ondas do mar são ondas superficiais. Fonte: Pixabay.

Referências

1. Figueroa, d. 2005. Ondas e física quântica. Série física para ciência e engenharia. Editado por d. Figueroa.
2. Giambattista, a. 2010. Física. McGraw Hill.
3. Lowrie, w. 2007. Geofísica fundamental. 2º. Edição. Cambridge University Press.
4. Wikipedia. Ondas de amor. Recuperado de: é.Wikipedia.org.
5. Wikipedia. Rayleight Waves. Recuperado de: é.Wikipedia.org.
6. Wikipedia. Ondas de superfície. Recuperado de: em.Wikipedia.org.