Vagues longitudinales, différences, exemples

Le vagues longitudinales Ils se manifestent dans des moyens matériels dans lesquels les particules oscillent en parallèle à la direction dans laquelle l'onde se déplace. comme cela sera apprécié dans les images suivantes. C'est sa caractéristique distinctive.

Ondes sonores, certaines vagues qui apparaissent pendant un tremblement de terre et celles qui se produisent dans un Glissant Ou ressort lorsqu'une petite impulsion est conférée dans la même direction de son axe, ce sont de bons exemples de ce type de vagues.

Figure 1. Le son est une vague longitudinale qui produit des compressions et des extensions successives dans l'air. Source: Wikimedia Commons. Pluke [CC0]

Le son se produit lorsqu'un objet est fait vibrer (comme la touche de la figure, un instrument de musique ou simplement les cordes vocales) dans un moyen capable de transmettre la perturbation par vibration de ses molécules. L'air est un moyen adéquat, mais aussi des liquides et des solides sont.

La perturbation modifie à plusieurs reprises la pression et la densité du milieu. De cette façon, l'onde produit des compressions et des extensions (raréfactions) dans les molécules du milieu, car l'énergie est déplacée à une certaine vitesse V.

Ces changements dans la pression sont perçus par l'oreille à travers les vibrations dans le tympan, que le réseau nerveux est responsable de la transformation de minuscules courants électriques. En atteignant le cerveau, il les interprète comme des sons.

Dans une onde longitudinale, le motif qui est continuellement répété est appelé cycle, Et sa durée est la période de la vague. Il y a aussi le amplitude, qui est l'intensité maximale et qui est mesurée en fonction de l'ampleur qui est prise comme référence, dans le cas du son, il peut être la variation de la pression dans le milieu.

Un autre paramètre important est le longueur d'onde: La distance entre deux compressions ou les extensions successives, voir la figure 1. Dans le système international, la longueur d'onde est mesurée en mètres. Enfin il y a son vitesse (en mètres / seconde pour le système international), ce qui indique à quelle vitesse l'énergie est répandue.

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Comment sont les vagues longitudinales dans les vagues de mer?

Dans un corps aquatique, les vagues sont produites par plusieurs causes (changements de pression, vents, interactions gravitationnelles avec d'autres étoiles). De cette façon, les vagues de mer peuvent être classées comme:

- Vagues de vent

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- Les marées

- Tsunamis

La description de ces vagues est assez complexe. En général, en eau profonde, les vagues se déplacent longitudinalement, produisant des compressions et des extensions périodiques du milieu, comme décrit au début.

Cependant, sur la surface de la mer, les choses sont un peu différentes, car les appels y prédominent vagues superficielles, qui combinent les caractéristiques des ondes longitudinales et des ondes transversales. Par conséquent, les vagues qui se déplacent dans les profondeurs de l'environnement aquatique diffèrent considérablement de celles qui le font superficiellement.

Un bois flottant sur la surface marine a une sorte de mouvement de rotation swing ou doux. En effet, lorsque les vagues se brisent sur la côte se trouvent les composantes longitudinales de l'onde qui prédominent, et comme le bois réagit au mouvement des molécules d'eau qui l'entourent, il est également observé pour aller et venir à la surface.

Figure 2. Les vagues de mer à la surface sont des vagues qui ont en partie des caractéristiques des vagues longitudinales et partielles. Source: Source: vargklo à.wikipedia [cc by-sa 3.0 (http: // CreativeCommons.Org / licences / by-sa / 3.0 /]]

Relation entre profondeur et longueur d'onde

Les facteurs qui déterminent le type de vague qui se produit est: la profondeur de l'eau et la longueur d'onde de l'onde marine.  Si à la profondeur de l'eau à un moment donné, on l'appelle d, Et la longueur de l'onde est λ, les vagues vont de longitudinal à superficiel lorsque:

d < λ/ 2

En surface, les molécules d'eau acquièrent des mouvements de rotation qui perdent à mesure que la profondeur augmente. Le frottement de l'eau avec l'arrière-plan fait devenir elliptique, comme le montre la figure 2.

Sur les plages, les eaux près du rivage sont plus agitées car il brise les vagues, les particules d'eau freinent dans le fond et cela fait plus que l'eau s'accumule dans les crêtes. Dans les eaux plus profondes à la place, elle est perçue comme les vagues sont adoucies.

Quand d >> λ/ 2  Ils ont des vagues en eau profonde ou Vagues courtes, Les orbites circulaires ou elliptiques diminuent en taille et les ondes longitudinales prédominent. Et si d << λ/ 2  Les vagues sont des eaux de surface ou vagues longues.

Différences avec les vagues croisées

Les ondes longitudinales et transversales relèvent de la catégorie de Ondes mécaniques, qui nécessite un support matériel pour la propagation.

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La plus grande distinction entre eux a été mentionnée au début: dans les ondes transversales, les particules du milieu se déplacent perpendiculairement à la direction de propagation de l'onde, tandis que dans les longitudinaux, ils oscillent dans la même direction suivis de la perturbation. Mais il y a des caractéristiques plus distinctives:

Plus de différences entre les vagues transversales et longitudinales

- Dans une onde transversale, les crêtes et les vallées se distinguent, ce qui, dans les longitudinaux, est égal aux compressions et aux extensions.

- Une autre différence est que les ondes longitudinales ne sont pas polarisées car la direction de la vitesse des vagues est la même que le mouvement des particules oscillantes.

- Les ondes transversales peuvent se propager dans n'importe quel milieu et même vide, comme les ondes électromagnétiques. D'un autre côté à l'intérieur des fluides, manquant de rigidité, les particules n'ont pas d'autre possibilité que de se glisser les unes avec les autres et de se déplacer comme le fait la perturbation, c'est-à-dire longitudinalement.

En conséquence, les vagues provenant du milieu des masses océaniques et atmosphériques sont longitudinales, car les ondes transversales nécessitent des moyens suffisants pour permettre des mouvements perpendiculaires caractéristiques.

- Les ondes longitudinales provoquent des variations de pression et de densité au milieu par lequel ils se propagent. D'un autre côté, les vagues transversales n'affectent pas l'environnement de cette manière.

Similitudes entre les vagues longitudinales et transversales

En commun, ils ont les mêmes parties: période, amplitude, fréquence, cycles, phase et vitesse. Toutes les vagues éprouvent une réflexion, une réfraction, une diffraction, une interférence et un effet Doppler et transporter l'énergie à travers le milieu.

Même lorsque les crêtes et les vallées se distinguent d'une onde transversale, les compressions de l'onde longitudinale sont analogues aux crêtes et aux extensions des vallées, de sorte que les deux vagues admettent la même description mathématique de l'onde sinusoïdale ou sinusoïdale.

Exemples de vagues longitudinales

Les ondes sonores sont les vagues longitudinales les plus typiques et sont parmi les plus étudiées, car ils sont le fondement de la communication et de l'expression musicale, des raisons de leur importance dans la vie des gens. De plus, les ondes sonores ont des applications importantes en médecine, à la fois diagnostique et traitement.

La technique d'échographie est bien connue pour obtenir des images médicales, ainsi que pour le traitement des calculs rénaux, entre autres applications. L'échographie est générée par un cristal piézoélectrique capable de créer une onde de pression longitudinale lorsqu'un champ électrique est appliqué (il produit également un courant lorsque la pression est appliquée).

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Pour vraiment voir ce qu'est une vague longitudinale, rien de mieux que les ressorts hélicoïdaux ou slinkys. Donnant une petite impulsion au printemps, il est immédiat d'observer comment les compressions et les extensions se propagent alternativement tout au long des virages.

- Ondes sismiques

Les vagues longitudinales font également partie des mouvements sismiques. Les tremblements de terre sont constitués de différents types de vagues, parmi lesquelles vagues p ou primaire et vagues s ou secondaire. Les premiers sont longitudinaux, tandis que dans les seconds particules du milieu vibrent dans la direction transversale au déplacement de l'onde.

Dans les tremblements de terre, il y a à la fois des vagues longitudinales (vagues primaires P) et transversales (vagues secondaires) et d'autres types, telles que les vagues et l'amour de Rayleight, superficiels.

En fait, les vagues longitudinales sont les seules connues, ils peuvent voyager à travers le centre de la terre. Étant donné que ceux-ci se déplacent uniquement dans des médias liquides ou gazeux, les scientifiques pensent que le cœur de la Terre est principalement composé de fonte.

- Exercice d'application

P Les ondes et les ondes S produites lors d'un tremblement de terre se déplacent à différentes vitesses sur Terre, donc leurs temps d'arrivée aux stations de tremblement de terre sont différentes (voir figure 3). Grâce à cela, il est possible de déterminer la distance à l'épicentre du tremblement de terre, par triangulation, en utilisant trois ou plusieurs données de stations.

figure 3. Les ondes sismiques P et S atteignent les sismographes avec des moments différents, car leurs vitesses sont différentes. Source: Wikimedia Commons.

Supposons que V_P = 8 km / s est la vitesse des ondes P, tandis que la vitesse des ondes W est V_S = 5 km / s. Les ondes P arrivent 2 minutes avant les premières vagues de S. Comment calculer la distance de l'épicentre?

Répondre

Être la distance entre l'épicentre et la station sismologique. Avec les données fournies est le temps de trajet t_P et T_S de chaque vague:

V_P = D / t_P

V_S = D / t_S

La différence est Δt = t_S - t_P:

Δt = d / v_S - D / v_P = D (1 / V_S  - 1 / V_P)

Effacer la valeur de D:

 D = Δt / (1 / v_S  - 1 / V_P) = (Δt . V_P. V_C ) / (V_P - V_C)

Sachant que 2 minutes = 120 secondes et remplacer le reste des valeurs:

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

Les références

1. Différence entre les vagues transversales et longitudinales. Récupéré de: Physicsabout.com.
2. Figueroa, D. 2005.Vagues et physique quantique. Série physique pour la science et l'ingénierie. Volume 7. Édité par Douglas Figueroa. Université Simon Bolivar. 1-58.
3. Infrasonic et échographie. Récupéré de: LPI.Tél.raisin.est
4. Rex, un. 2011. Fondamentaux de la physique. Pearson. 263-286.
5. Russell, D. Mouvement des ondes longitudinales et transversales. Récupéré de: ACS.PSU.Édu.
6. Vagues. Récupéré de: Labman.Chèque.utk.Édu.