Gelombang permukaan

Ribut sentiasa meliputi bahagian terhad permukaan lautan. Apabila angin semakin kuat, ombak muncul dan berkembang di kawasan tindakannya. Beberapa ketika selepas angin telah memantapkan dirinya, ombak menjadi pegun secara statistik. Ini bermakna purata ketinggian ombak, purata panjang dan tempoh puratanya tidak berubah. Walau bagaimanapun, keadaan serta-merta permukaan air dalam zon tindakan angin kelihatan huru-hara. Pada masa tertentu, permukaan ini adalah kompleks, selang-seli yang tidak teratur bagi ombak, lekukan dan bukit dengan ketinggian yang berbeza-beza dan tahap mendatar. Apabila bergerak ke momen berikutnya, geometri permukaan air berubah secara rawak dan tidak dapat diramalkan. Memandangkan perkara di atas, hanya pendekatan statistik yang boleh digunakan untuk kajian gelombang dalam zon penjanaannya melalui angin. Kaedah teori kebarangkalian dan banyak pemerhatian memungkinkan untuk mendapatkan beberapa keputusan berguna di sepanjang laluan ini. Taburan kebarangkalian ketinggian gelombang didapati mengikut fungsi taburan Rayleigh. Ungkapan integralnya ialah formula

di mana: h w – ketinggian gelombang dengan kebarangkalian tidak melebihi F;

h w 0 – ketinggian gelombang purata.

Eksponen m berbeza dari 4 dalam air dalam hingga 2 dalam air cetek. Purata ketinggian gelombang h w 0 boleh didapati menggunakan perhubungan tambahan berdasarkan keseimbangan tenaga gelombang. Menurut pemerhatian, semasa ribut ketinggian ombak laut selalunya melebihi 10 m Semasa taufan, ombak individu boleh mencapai ketinggian 20-25 m.

Masa T, di mana gelombang bergerak sepanjang panjangnya l, dipanggil tempoh gelombang. Tempoh purata dan panjang purata gelombang dalam zon penjanaannya oleh angin dinyatakan, masing-masing, dengan formula empirik yang mengaitkan kuantiti ini dengan kelajuan angin:

(97)

(98)

Pekali berangka dalam formula ini adalah dimensi, kelajuan angin w mempunyai dimensi m/s.

Semakin panjang gelombang, semakin cepat ia bergerak melalui lautan dan semakin perlahan tenaganya hilang. Oleh itu, ombak terbesar yang timbul di zon ribut boleh melangkaui zon ini dan bergerak jauh dari tempat asalnya. Gelombang sedemikian dipanggil gelombang bengkak. Apabila angin berhenti, ombak pendek mati terlebih dahulu dan selepas beberapa ketika hanya ombak membengkak kekal di kawasan ribut berakhir. Gelombang bengkak adalah pembentukan yang teratur. Ia kelihatan seperti aci selari dengan bentuk yang hampir dengan sinusoidal dan mengikut satu sama lain pada jarak yang lebih kurang sama.

Sifat gelombang bengkak yang betul memungkinkan untuk menggambarkan sifatnya dengan ketepatan yang mencukupi menggunakan kaedah hidrodinamik. Profil gelombang sinus dan unsur-unsurnya ditunjukkan dalam Rajah. 56. Surat x menunjukkan ketinggian permukaan bebas berbanding aras rehat. Apabila merambat gelombang sinusoidal x berubah sepanjang perjalanan X dan dalam masa t mengikut undang-undang

, (99)

di mana: a – amplitud (separuh ketinggian) gelombang.

Kelajuan perambatan gelombang sinusoidal, dalam kes umum, dinyatakan oleh formula

. (100)

Jika kedalaman takungan adalah besar berbanding dengan panjang gelombang, i.e. , Itu , dan formula (100) menjadi seperti berikut:

. (101)

Jika, sebaliknya, , kemudian , dan bukannya formula (100) yang kita ada

. (102)

Oleh itu, dalam takungan dalam, kelajuan perambatan gelombang ditentukan oleh panjangnya, dan dalam takungan cetek, oleh kedalaman takungan. Sempadan konvensional antara badan air dalam dan cetek dianggap sebagai kedalaman yang sama dengan separuh panjang gelombang: . Di atas dasar lautan, lautan sentiasa dalam untuk gelombang angin, tetapi ia menjadi "cetek" apabila gelombang tsunami merambat melaluinya.

Oleh kerana panjang gelombang bengkak boleh berkisar antara beberapa puluh hingga beberapa ratus meter, maka, mengikut formula (101), kelajuan pergerakannya biasanya terletak dalam julat 10-20 m/s. Ini bermakna gelombang ombak boleh bergerak lebih daripada 1,500 km dalam sehari.

Apabila menghampiri pantai, ombak berubah. Permatang mereka menjadi lebih tajam, rongga mereka menjadi rata. Apabila kedalaman air sama dengan ketinggian gelombang 1.5-2.0, ombak pecah.

Jika ombak di lautan terbuka atau laut, serta di bahagian terbuka tasik atau takungan, merambat di sepanjang pantai, maka ia berpusing di cetek pantai.

Puncak gelombang cenderung menjadi selari dengan garis pantai, dan kelajuan gelombang menerima komponen yang diarahkan ke arah pantai (Rajah 57). ini

Fenomena itu dipanggil pembiasan gelombang di kawasan cetek pantai. Penjelasan tentang pembiasan gelombang diberikan oleh formula (102). Kelajuan ombak di atas cerun bawah ternyata berubah-ubah di sepanjang puncak - bahagian puncak yang paling hampir dengan pantai bergerak lebih perlahan, yang lebih jauh dari pantai - lebih cepat.

Mendekati pantai pada sudut tajam dan pecah, ombak mencipta aliran air di sepanjang pantai (lihat Rajah 57). Halaju aliran sepanjang pantai boleh mencapai 1.0-1.5 m/s. Kelajuan ini mencukupi untuk pengangkutan sedimen intensif, dan arus sepanjang pantai menggerakkan jisim besar tanah di pantai laut, serta di zon pantai tasik dan takungan. Apabila aliran sepanjang pantai bertemu dengan muara teluk atau teluk, ia menyimpan kargo atau sebahagian daripadanya di sini, dan pintu masuk ke teluk dan teluk menjadi cetek selepas ribut.

Pasang surut

Gelombang pasang surut mengelilingi lautan dunia dua kali sehari. Tempoh gelombang pasang surut adalah sama dengan setengah hari lunar: 12 jam 25 minit, atau 44700 s. Panjang hari lunar yang lebih besar berbanding dengan hari suria dijelaskan oleh fakta bahawa Bulan berputar dalam orbitnya dalam arah yang sama di mana Bumi berputar. Sepanjang bulatan besar dunia, terletak pada satah orbit Bulan, gelombang pasang surut bergerak pada kelajuan purata 450 m/s. Kelajuan ini tidak boleh diperolehi daripada formula (102), kerana pasang surut air pasang surut adalah ayunan paksa, dan tidak bebas, seperti gelombang ombak atau seiches.

Perjalanan turun naik hujan yang biasanya diperhatikan dalam paras air ditunjukkan dalam Rajah. 58. Paras tertinggi pada air pasang dipanggil PV air tinggi, paling rendah pada air surut dipanggil MB air rendah. Turun naik tahap agak tertangguh berhubung dengan pergerakan Bulan. Masa antara klimaks Bulan dan air penuh dipanggil selang bulan. Ia berubah sepanjang bulan dan tahun, serta merentasi lautan. Apabila deklinasi Bulan adalah sifar (satah orbit Bulan bertepatan dengan satah khatulistiwa), ketinggian kedua-dua perairan tinggi separuh harian adalah sama. Dengan deklinasi bukan sifar (dan ia berbeza dari 0° hingga ±28°), ketinggian kedua-dua perairan tinggi adalah berbeza.

Gelombang pasang surut dihasilkan oleh dua badan angkasa - Matahari dan Bulan dan tersebar di atas permukaan sfera. Keadaan ini sahaja, apatah lagi pengagihan kedalaman lautan yang tidak sekata dan ketidakteraturan sempadannya, memberikan turun naik hujan sebagai ciri yang sangat kompleks. Manifestasi kerumitan ini termasuk fakta bahawa, bersama-sama dengan yang ditunjukkan dalam Rajah. 58 ayunan semidiurnal, di lautan, dalam keadaan tertentu, ayunan diurnal terbentuk - dengan satu air tinggi dan satu air rendah setiap hari.

Perbezaan antara ketinggian air tinggi dan air rendah dipanggil magnitud pasang surut. Di lautan terbuka air pasang surut. Di pulau-pulau lautan kecil ia jarang melebihi 1 m Air pasang mencapai nilai tertinggi di luar pantai lautan dan laut, terutamanya di teluk, teluk dan sempit. Di sepanjang sempadan maritim USSR, air pasang tertinggi - sehingga 12 m - diperhatikan di Teluk Penzhenskaya di Laut Okhotsk. Pasang surut mencapai nilai 8-10 m di muara Mezen. Di muara sungai besar Siberia Ob, Yenisei dan Lena, turun naik hujan dalam paras jauh lebih lemah daripada turun naik lonjakan.

Di Eropah Barat, pasang surut tertinggi berlaku di pantai Atlantik Perancis dan di luar pantai England. Air pasang di Bristol Bay mencapai sehingga 15 m Air pasang tertinggi di dunia - sehingga 18 m - diperhatikan di Teluk Fundy di pantai Atlantik Kanada.

Mari kita pertimbangkan mekanisme turun naik ribut di aras lautan. Daya yang menyebabkan turun naik ini dipanggil daya pasang surut. Mereka disebabkan oleh tarikan Bulan dan Matahari, tetapi seperti yang akan ditunjukkan sekarang, mereka sama sekali tidak sama dengan daya tarikan itu sendiri. Sebagai tambahan kepada mereka, daya inersia dan daya geseran emparan dan Coriolis mengambil bahagian dalam pembentukan ayunan ribut. Daya pasang surut yang dicipta oleh graviti Bulan, disebabkan jarak Bulan dengan Bumi, adalah 2.3 kali lebih besar daripada daya pasang surut yang dicipta oleh Matahari. Nilai mutlak daya pasang surut adalah sangat kecil. Apabila dirujuk kepada unit jisim, ia diukur dalam seratus juta pecutan akibat graviti di Bumi.

Untuk memahami intipati fenomena itu, marilah kita menganalisis kesan jasad yang menarik ke atas air di lautan dan mengambil Matahari seperti itu, kerana undang-undang pergerakan planet mengelilingi Matahari memungkinkan untuk menyelesaikan masalah daya emparan dengan mudah. disebabkan oleh pergerakan ini (jika kita mengambil Bulan sebagai jasad yang menarik, maka akan mendapati Bumi dan Bulan berputar mengelilingi pusat jisim yang sama yang terletak di dalam Bumi, dan menentukan daya emparan akan menjadi sangat sukar).

Marilah kita menerima, tanpa memasukkan sebarang kesilapan ke dalam intipati pemikiran kita, bahawa satah khatulistiwa bertepatan dengan satah orbit Bumi, dan kita menyerlahkan dalam satah ini diameter Bumi, yang diarahkan pada masa tertentu.

pada Matahari (Gamb. 59). Daya empar dan daya graviti Matahari bertindak sepanjang diameter yang dipilih. Disebabkan oleh undang-undang putaran planet, semua titik Bumi mempunyai trajektori orbit yang sama dan oleh itu daya emparan yang disebabkan oleh gerakan orbit di semua titik di dunia, dan oleh itu pada semua titik diameter kita, adalah sama. Bagi daya tarikan pula, dari hujung diameter yang menghadap Matahari ialah titik zenit Z- ke hujungnya yang lain - titik nadir N ia sepatutnya berkurangan seperti , Di mana r– jarak titik dari pusat Matahari. Berdasarkan kekecilan diameter Bumi (»13 ribu km) berbanding jarak dari Bumi ke Matahari (149 juta km), adalah dibenarkan untuk mengabaikan ketidaklinieran perubahan ini dan menerima bahawa daya tarikan pada zenit akan lebih besar, dan pada nadir akan kurang daya tarikan di pusat Bumi dengan jumlah yang sama DF. Di pusat Bumi, daya graviti dan emparan seimbang di permukaan bumi, keseimbangan jelas tidak berfungsi. Pada zenit, di mana daya tarikan lebih besar daripada daya emparan, paduannya DF diarahkan ke arah Matahari, di nadir - DF diarahkan menjauhi Matahari. Kuasa ±DF dan ada yang membentuk air pasang. Takrifan umum daya pasang surut adalah seperti berikut: daya pasang surut pada titik tertentu di dunia ialah perbezaan vektor antara daya tarikan jasad angkasa (Matahari atau Bulan) pada titik tertentu dan daya gravitinya pada pusat Bumi. Akhirnya, ketidakhomogenan medan graviti bertanggungjawab untuk pembentukan pasang surut.

Taburan daya pasang surut yang diterangkan membawa kepada fakta bahawa pada setiap saat permukaan bebas Lautan Dunia mempunyai dua bonggol yang bertentangan secara diametrik. Bonggol dalam bingkai rujukan yang dikaitkan dengan Matahari hampir tidak mengubah kedudukannya pada siang hari, tetapi dalam bingkai rujukan yang dikaitkan dengan Bumi berputar, ia bergerak melawan arah putaran, mewujudkan kesan dua gelombang pasang surut separuh harian.

Secara kualitatif pengaruh yang sama pada perairan lautan dan tarikan Bulan. Oleh kerana kedudukan relatif tiga penerang - Matahari, Bumi dan Bulan - berubah secara berkala, jumlah dua daya pasang surut juga berubah secara berkala, dan dengan itu magnitud pasang surut. Yang paling ketara ialah apa yang dipanggil ketidaksamaan pasang surut bulanan. Ia adalah seperti berikut. Pada bulan baru dan bulan purnama terdapat tiga badan - Matahari DENGAN(Gamb. 60), Bumi 3 dan Bulan L- terletak pada garis lurus yang sama. Keadaan ini dipanggil syzygy astronomi. Daya pasang surut Bulan dan Matahari semasa syzygy bertambah, dan 1-2 hari selepas itu pasang surut mencapai magnitud terbesarnya. Mereka dipanggil syzygy. Semasa suku pertama dan terakhir Bulan, arah Bumi-Bulan membentuk sudut tepat dengan arah Bumi-Matahari. Konfigurasi tiga jasad ini dipanggil kuadratur astronomi. Dengan kuadratur, dua daya pembentuk air pasang tidak bertambah: paksi kedua-dua pasang bonggol adalah berserenjang dan tidak lama kemudian pasang surut berkurangan kepada nilai minimum. Pasang surut sedemikian dipanggil kuadratur.

Apa yang telah dikatakan dalam perenggan ini hanya dapat memberikan gambaran umum tentang pasang surut. Teori pasang surut telah dikaji oleh ramai mekanik dan ahli matematik yang cemerlang (I. Newton, D. Bernoulli, P. Laplace, G. Ery, G. Poincaré, dll.), tetapi teori ini tidak boleh dianggap lengkap. Kerja teori yang dijalankan dan banyak pemerhatian memungkinkan untuk menyusun peta pasang surut dan buku rujukan, yang digunakan secara meluas dalam navigasi. Peta dan direktori terus dikemas kini dan dikemas kini.

Mari kita perhatikan salah satu aspek teori pasang surut yang menarik dan masih kurang dipelajari - masalah daya geseran yang berkembang semasa pergerakan gelombang pasang surut. Mengikut anggaran yang ada, kuasa yang hilang akibat geseran dalam gelombang pasang surut Lautan Dunia adalah angka yang besar: 1.1 × 10 6 MW. Geseran antara Bumi dan gelombang pasang surut memperlahankan putaran Bumi dan dianggap sebagai sebab peningkatan panjang hari sebanyak 0.001 s setiap abad, yang ditentukan oleh pemerhatian astronomi.

Surfaktan boleh wujud berhampiran permukaan bebas pepejal atau berhampiran antara muka antara dua jasad yang berbeza. Terdapat lima jenis surfaktan.
Rayleigh melambai, secara teorinya ditemui oleh Rayleigh pada tahun 1885, boleh wujud dalam badan pepejal berhampiran permukaan bebasnya yang bersempadan dengan vakum. Halaju fasa gelombang sedemikian diarahkan selari dengan permukaan, dan zarah-zarah sederhana yang berayun berhampirannya mempunyai kedua-dua komponen melintang, berserenjang dengan permukaan, dan membujur bagi vektor anjakan. Semasa ayunannya, zarah-zarah ini menerangkan trajektori elips dalam satah berserenjang dengan permukaan dan melalui arah halaju fasa. Satah ini dipanggil sagittal. Amplitud getaran membujur dan melintang berkurangan dengan jarak dari permukaan ke dalam medium mengikut undang-undang eksponen dengan pekali pengecilan yang berbeza. Ini membawa kepada fakta bahawa elips berubah bentuk dan polarisasi jauh dari permukaan boleh menjadi linear. Penembusan gelombang Rayleigh ke dalam kedalaman paip bunyi adalah mengikut urutan panjang gelombang permukaan. Jika gelombang Rayleigh teruja dalam piezoelektrik, maka di dalam dan di atas permukaannya dalam vakum akan terdapat gelombang medan elektrik perlahan yang disebabkan oleh kesan piezoelektrik langsung.
Gelombang Stoneleigh(atau Stonley), dinamakan sempena saintis yang menemuinya pada tahun 1908, berbeza daripada gelombang Rayleigh kerana ia boleh wujud berhampiran antara muka dua media pepejal dalam sentuhan akustik. Apabila gelombang Stoneley merambat, zarah kedua-dua media mengambil bahagian dalam ayunan. Dalam kes ini, sama seperti dalam gelombang Rayleigh, mereka melakukan pergerakan elips dalam satah sagital. Kedalaman penembusan gelombang Stoneley ke dalam media yang bersentuhan adalah mengikut urutan panjang gelombang permukaan.
Gulyaev - gelombang Bluestein(Blyukshtein) ditemui pada tahun 1968 di USSR oleh Yu.V Gulyaev. dan secara bebas di AS oleh Bluestein. Mereka mempunyai dua ciri ciri. Pertama, ia hanya wujud dalam kristal piezoelektrik berhampiran sempadan bebas dan, kedua, zarah medium mengalami getaran melintang semata-mata dalam arah yang selari dengan permukaan polarisasi ("mendatar"). Gelombang Gulyaev-Blustein menembusi ke dalam medium berayun dengan lebih mendalam daripada gelombang Rayleigh dan Stoneley. Kedalaman penembusan mereka ke dalam isipadu jasad pepejal adalah mengikut susunan magnitud λ bunyi ε / k 2 , di mana ε ialah pemalar dielektrik, k - pekali gandingan elektromekanikal (lihat di bawah). Terima kasih kepada kesan piezoelektrik langsung, gelombang Gulyaev-Blustein disertai oleh gelombang medan elektrik perlahan dalam vakum di atas permukaan piezoelektrik.
Gelombang Marfeld - Tournois, ditemui pada tahun 1971, berbeza daripada gelombang Gulyaev-Blustein kerana ia boleh wujud berhampiran antara muka dua piezoelektrik yang menghubungi. Surfaktan ini juga ricih semata-mata dan mempunyai polarisasi "mendatar".
Gelombang cinta (1926) tersebar secara nipis (kira-kira bunyi λ) lapisan bahan termendap pada substrat di mana kelajuan bunyi lebih besar daripada lapisan. Gelombang ricih tulen ini terkutub "mendatar" dan menembusi substrat ke kedalaman urutan bunyi λ. Mereka mempunyai penyebaran; kelajuan mereka terletak di antara kelajuan bunyi dalam lapisan dan dalam substrat.

1.3. Gelombang yang dipandu dan disalurkan. wakil rakyat pandu gelombang Mod akustik ialah gelombang dalam plat atau filem nipis, kedua-dua permukaannya adalah bebas, dan ketebalannya mengikut urutan panjang gelombang elastik. Dalam kes ini, plat melaksanakan fungsi pandu gelombang planar, dan gelombang itu sendiri pada dasarnya adalah gelombang biasa di dalamnya. Yang terakhir dipanggil gelombang Lamb sempena saintis yang menemuinya pada tahun 1916. Vektor anjakan dalam gelombang Lamb mempunyai kedua-dua komponen membujur dan melintang, dengan komponen melintang adalah normal pada permukaan pandu gelombang.
Wakil lain mod pandu gelombang adalah gelombang akustik biasa dalam rod nipis pelbagai profil (bulat, segi empat tepat, dll.). disalurkan gelombang akustik ialah gelombang yang boleh merambat kedua-dua melalui saluran sepanjang alur dan tonjolan pelbagai profil (segi empat tepat, segi tiga, separuh bulatan, dll.) yang dibuat pada permukaan bebas (tidak semestinya rata) badan pepejal, serta di sepanjang sudut ruang dibentuk oleh paip bunyi dua muka. Untuk latihan, ia menarik kerana ia boleh digunakan dalam litar bersepadu akustik.

2. PERSAMAAN YANG MENGHURAIKAN ELEKTROMEKANIKAL
PROSES DALAM PIEZOELECTRICS

Dangkal gelombang dipanggil satah berpandu gelombang elektromagnet perlahan tidak homogen kelas E atau kelas H, yang mempunyai penyebaran. Sistem panduan, di mana gelombang permukaan merambat, adalah permukaan perlahan (galangan)..

Gelombang permukaan mempunyai dua ciri utama , membezakannya daripada semua gelombang berpandu yang lain.

1.) Amplitud vektor E dan H bagi gelombang permukaan berkurangan secara eksponen ke arah normal kepada permukaan perlahan di mana ia merambat.

2.) Gelombang permukaan adalah perlahan (Vph 1).

Pengurangan amplitud vektor E dan H gelombang permukaan dalam arah normal ke permukaan sepanjang ia merambat tidak dikaitkan dengan kehilangan aktif dalam medium, tetapi disebabkan oleh hubungan fasa khas antara komponen vektor E. dan H gelombang ini, yang disebabkan oleh aliran vektor Poynting dalam arah tertentu adalah secara purata untuk tempoh =0.

Ketumpatan fluks tenaga yang dipindahkan oleh gelombang permukaan sepanjang permukaan panduan adalah maksimum serta-merta pada permukaan ini dan berkurangan secara mendadak dengan jarak daripadanya. Secara kiasan, merambat di sepanjang permukaan panduan, gelombang seolah-olah "melekat" padanya, yang menentukan nama "permukaan" untuk gelombang jenis ini.

48. Anggaran keadaan sempadan Leontovich.

Mari kita andaikan bahawa gelombang elektromagnet satah adalah kejadian dari udara pada sudut ke antara muka satah dengan medium pengalir yang agak diterangkan oleh indeks biasan kompleks:

Daripada penubuhan konsep medium berkelakuan baik, ia mengikutinya. Ketaksamaan melampau mengikut undang-undang Siell mewakili bahawa sudut biasan mestilah sangat kecil. Kira-kira boleh diandaikan bahawa gelombang terbias memasuki Sederhana 2 dalam arah normal pada sudut kejadian yang berbeza. Ini adalah definisi fizikal utama keadaan Leontovich. Mengikut perkara di atas, litar setara medium seperti logam mengambil bentuk garis panjang homogen dengan rintangan ciri yang dikira oleh formula am

Pada permulaan baris dalam kes ini (iaitu, pada antara muka), komponen tangen bagi vektor magnetik dan elektrik mesti memenuhi hubungan yang tidak diragukan yang secara langsung mengikuti dari definisi rintangan ciri:

Seperti yang diketahui, pada permukaan konduktor yang ideal. Komponen tangen bukan sifar muncul pada antara muka dalam kes kekonduksian yang besar tetapi terhingga. Walaupun nilai ini kecil (sejak pada ), ia menentukan aliran kuasa ke dalam logam yang digunakan untuk memanaskannya.

Jika paksi z diarahkan di dalam Persekitaran 2, dan antara muka bertepatan dengan pesawat , maka syarat berikut mesti dipenuhi pada antara muka:

Dengan susunan tanda ini, seperti yang boleh disahkan dengan mudah, aliran vektor Poynting yang sepadan dengan kehilangan haba akan sentiasa diarahkan sepanjang arah positif paksi z. Menggunakan syarat sempadan Leontovich dalam bentuk atau dalam bentuk, adalah perlu untuk melihat komponen tangen vektor magnetik.

49. Gangguan dalam plat nipis

50. 49. Gangguan dalam gelang Newton

Melambatkan permukaan

Permukaan terencat (impedans) ialah antara muka antara media di mana komponen tangen vektor E dan H medan EM berselang-seli (yang ada pada kedua-dua belah sempadan ini) dianjakkan dalam fasa berbanding satu sama lain sebanyak 90°. Disebabkan ini, aliran vektor Poynting ke arah normal ke permukaan perlahan secara purata sepanjang tempoh = 0, dan pemindahan tenaga oleh gelombang EM hanya mungkin dalam arah yang selari dengan permukaan sedemikian.

Apabila menyelesaikan masalah sempadan elektrodinamik, parameter yang dipanggil impedans permukaan (rintangan permukaan) sering digunakan untuk mencirikan antara muka, yang sama dengan nisbah amplitud kompleks komponen tangen vektor E dan H pada permukaan ini.

Modul rintangan permukaan kompleks

Hujah (fasa) rintangan permukaan kompleks

Disebabkan oleh peralihan fasa antara komponen tangen vektor E dan H pada permukaan yang perlahan, impedans permukaannya adalah kuantiti khayalan semata-mata. .

Jika Z positif, maka gelombang permukaan kelas E merambat di sepanjang permukaan yang perlahan.

Jika Z adalah negatif, maka gelombang permukaan kelas H merambat sepanjang permukaan yang perlahan.

Permukaan perlahan rata boleh menjadi antara muka antara dua dielektrik yang mempunyai pemalar dielektrik berbeza (udara - dielektrik), dan antara muka antara dielektrik - struktur logam sikat (udara - struktur logam sikat).

GELOMBANG AKUSTIK PERMUKAAN(surfaktan) - gelombang elastik, merambat di sepanjang permukaan bebas jasad pepejal atau di sepanjang sempadan jasad pepejal dengan media lain dan memudar dengan jarak dari sempadan. Terdapat dua jenis surfaktan: menegak, di mana vektor berayun. Anjakan zarah medium dalam gelombang terletak dalam satah berserenjang dengan permukaan sempadan (satah menegak), dan dengan polarisasi mendatar, di mana vektor anjakan zarah medium adalah selari dengan permukaan sempadan dan berserenjang. ke arah perambatan gelombang.
Yang paling mudah dan paling surfaktan dengan polarisasi menegak yang sering ditemui dalam amalan ialah Rayleigh melambai, merambat di sepanjang sempadan jasad pepejal dengan medium gas yang agak jarang. Tenaga mereka disetempatkan dalam lapisan permukaan dengan ketebalan dari mana panjang gelombang. Zarah-zarah dalam gelombang bergerak dalam elips, paksi semimajor w yang berserenjang dengan sempadan, dan kecil Dan- selari dengan arah perambatan gelombang (Gamb. A). Halaju fasa gelombang Rayleigh c k 0.9c t, Di mana c t- halaju fasa adalah rata.

Perwakilan skematik gelombang permukaan pelbagai jenis (lorek pepejal menunjukkan media pepejal, teduhan terputus-putus menunjukkan cecair; X- arah perambatan gelombang; dan, v Dan w- komponen anjakan zarah dalam persekitaran tertentu; lengkung menggambarkan perjalanan anggaran perubahan dalam amplitud sesaran dengan jarak dari antara muka): A- Gelombang Rayleigh pada sempadan bebas pepejal; b- gelombang lembap jenis Rayleigh pada antara muka pepejal-cecair (garisan serong dalam medium cecair mewakili hadapan gelombang gelombang keluar, ketebalannya adalah berkadar dengan amplitud anjakan); V- gelombang permukaan tidak lembap pada antara muka pepejal-cecair; G- Gelombang Stoneley pada antara muka antara dua media pepejal; d- Lambaian cinta di sempadan antara separuh ruang pepejal dan lapisan pepejal.

Jika jasad pepejal bersempadan dengan cecair dan dalam cecair c w kurang daripada kelajuan c k dalam pepejal (ini benar untuk hampir semua media sebenar), maka pada sempadan pepejal dan perambatan cecair gelombang jenis Rayleigh yang dilembapkan adalah mungkin. Semasa gelombang ini merambat, ia secara berterusan memancarkan tenaga ke dalam cecair, membentuk di dalamnya gelombang tidak homogen yang terpancar dari sempadan (Rajah 1). 6) . Halaju fasa surfaktan tertentu, tepat kepada peratus, adalah sama dengan c k, dan pekali pengecilan pada panjang gelombang ~ 0.1, iaitu, sepanjang jalan gelombang melemahkan kira-kira e sekali. Taburan kedalaman anjakan dalam gelombang sedemikian dalam pepejal adalah serupa dengan taburan dalam gelombang Rayleigh.
Sebagai tambahan kepada surfaktan yang dilembapkan, pada sempadan cecair dan pepejal sentiasa terdapat surfaktan tidak tembap yang berjalan di sepanjang sempadan dengan halaju fasa kurang daripada kelajuan c gelombang dalam cecair dan kelajuan membujur. c l dan melintang c t gelombang dalam pepejal. Surfaktan ini, sebagai gelombang dengan polarisasi menegak, mempunyai struktur dan kelajuan yang sama sekali berbeza daripada gelombang Rayleigh. Ia terdiri daripada gelombang tidak homogen yang lemah dalam cecair, amplitud yang perlahan-lahan berkurangan dengan jarak dari sempadan (Rajah 1). V), dan dua kehendak yang sangat tidak homogen dalam jasad pepejal (membujur dan melintang). Disebabkan ini, tenaga gelombang dan pergerakan zarah disetempat terutamanya dalam cecair, dan bukan pada pepejal. Dalam amalan, gelombang jenis ini jarang digunakan.
Jika dua media pepejal bersempadan antara satu sama lain di sepanjang satah dan modulus elastiknya tidak banyak berbeza, maka surfaktan Stoneley boleh merambat di sepanjang sempadan (Rajah, d). Gelombang ini terdiri, seolah-olah, daripada dua gelombang Rayleigh (satu dalam setiap medium). Komponen menegak dan mendatar bagi anjakan dalam setiap medium berkurangan dengan jarak dari sempadan supaya tenaga gelombang tertumpu dalam dua lapisan sempadan ketebalan ~ Halaju fasa gelombang Stoneley adalah kurang daripada nilai c l Dan dengan t dalam kedua-dua persekitaran sempadan.
Gelombang dengan polarisasi menegak boleh merambat pada sempadan separuh ruang pepejal dengan lapisan cecair atau pepejal atau bahkan dengan sistem lapisan sedemikian. Jika ketebalan lapisan jauh lebih kecil daripada panjang gelombang, maka gerakan dalam separuh ruang adalah lebih kurang sama seperti dalam gelombang Rayleigh, dan halaju fasa surfaktan adalah hampir kepada c k. Dalam kes umum, gerakan boleh sedemikian rupa sehingga tenaga gelombang akan diagihkan semula antara separuh ruang pepejal dan lapisan, dan halaju fasa akan bergantung pada kekerapan dan ketebalan lapisan (lihat. Penyerakan bunyi).
Sebagai tambahan kepada SAW dengan polarisasi menegak (terutamanya gelombang jenis Rayleigh), terdapat gelombang dengan polarisasi mendatar (Gelombang cinta), yang boleh merambat pada sempadan separuh ruang pepejal dengan lapisan pepejal (Rajah 1). d). Ini adalah gelombang melintang semata-mata: ia hanya mempunyai satu komponen anjakan v, dan ubah bentuk keanjalan dalam gelombang adalah ricih tulen. Anjakan dalam lapisan (indeks 1) dan dalam ruang separuh (indeks 2) diterangkan seperti berikut. ungkapan:

di mana t- masa, - kekerapan bulat,

k- nombor gelombang gelombang Cinta, c t 1 c t 2 ialah nombor gelombang gelombang melintang dalam lapisan dan separuh ruang, masing-masing, h- ketebalan lapisan, A- pemalar sewenang-wenangnya. Daripada ungkapan untuk v 1 Dan v 2 dapat dilihat bahawa anjakan dalam lapisan diedarkan di sepanjang kosinus, dan dalam separuh ruang ia berkurangan secara eksponen dengan kedalaman. Kedalaman penembusan gelombang ke dalam separuh ruang berbeza dari pecahan kepada banyak bergantung pada ketebalan lapisan h, kekerapan dan parameter persekitaran. Kewujudan gelombang Cinta sebagai surfaktan dikaitkan dengan kehadiran lapisan dalam separuh ruang: apabila h 0, kedalaman penembusan gelombang ke dalam ruang separuh cenderung kepada infiniti dan gelombang menjadi isipadu. Kelajuan fasa Dengan Gelombang cinta terkandung dalam had antara halaju fasa gelombang melintang dalam lapisan dan separuh ruang c t l< с < c t 2 dan ditentukan daripada persamaan

di manakah ketumpatan lapisan dan separuh ruang, masing-masing, Jelas daripada persamaan bahawa gelombang Cinta merambat dengan serakan: halaju fasanya bergantung pada kekerapan. Pada ketebalan lapisan kecil, apabila... Iaitu, halaju fasa gelombang Cinta cenderung kepada halaju fasa gelombang melintang pukal dalam ruang separuh. Apabila gelombang Cinta wujud dalam bentuk beberapa. pengubahsuaian, setiap satunya sepadan gelombang biasa perintah tertentu.
Di sempadan kristal, jenis surfaktan yang sama boleh wujud seperti pepejal isotropik, hanya pergerakan dalam gelombang menjadi lebih rumit. Pada masa yang sama, anisotropi pepejal boleh memperkenalkan sifat-sifat tertentu. perubahan struktur gelombang. Jadi, pada satah kristal tertentu yang mempunyai piezoelektrik. sifat, gelombang seperti gelombang Cinta, seperti gelombang Rayleigh, boleh wujud pada permukaan bebas (tanpa kehadiran lapisan pepejal). Ini adalah gelombang elektrosonik Gulyaev - Blushtein yang serupa. Bersama-sama dengan gelombang Rayleigh biasa, dalam sampel kristal tertentu, gelombang lembap boleh merambat di sepanjang sempadan bebas, memancarkan tenaga jauh ke dalam kristal (gelombang bocor). Akhir sekali, jika kristal mempunyai kesan piezoelektrik dan terdapat aliran elektron di dalamnya (kristal piezosemicconductor), maka interaksi gelombang permukaan dengan elektron adalah mungkin, yang membawa kepada penguatan gelombang ini (lihat. Interaksi akustoelektronik).
Surfaktan elastik tidak boleh wujud pada permukaan bebas cecair, tetapi pada frekuensi dalam julat ultrasonik dan di bawah, gelombang permukaan boleh timbul di sana, di mana faktor penentu bukan daya elastik, tetapi ketegangan permukaan - inilah yang dipanggil. gelombang kapilari (lihat Gelombang pada permukaan cecair).
Surfaktan ultra dan hipersonik digunakan secara meluas dalam teknologi untuk ujian komprehensif tidak merosakkan permukaan dan lapisan permukaan sampel (lihat. Pengesanan kecacatan), untuk mencipta litar mikroelektronik untuk pemprosesan elektrik. isyarat, dsb. Jika permukaan sampel pepejal adalah bebas, maka gelombang Rayleigh digunakan. Dalam kes di mana sampel bersentuhan dengan cecair, sampel pepejal lain, atau lapisan pepejal, gelombang Rayleigh digantikan dengan jenis surfaktan lain yang sesuai.

Menyala.: Landau L.D., Lifshits E.M., Theory of Elasticity, 4th ed., M., 1987; Viktorov I.A., Asas fizikal penggunaan gelombang ultrasonik Rayleigh dan Lzmba dalam teknologi, M., 1966, ch. 1; him, Gelombang permukaan bunyi dalam pepejal, M., 1981; Akustik fizikal, ed. W. Mason, R. Thurston, terj. daripada bahasa Inggeris, vol 6, M., 1973, ch. 3; Gelombang akustik permukaan, ed. A. Oliner, trans. daripada English, M., 1981.

I. A. Viktorov.

Gelombang permukaan

Peranti SAW biasa, digunakan sebagai contoh sebagai penapis laluan jalur. Gelombang permukaan dijana di sebelah kiri dengan menggunakan voltan berselang-seli melalui konduktor bercetak. Dalam kes ini, tenaga elektrik ditukar kepada tenaga mekanikal. Bergerak di sepanjang permukaan, gelombang frekuensi tinggi mekanikal berubah. Di sebelah kanan - trek penerima mengambil isyarat, dan penukaran terbalik tenaga mekanikal kepada arus elektrik berselang-seli berlaku melalui perintang beban.

Gelombang akustik permukaan(surfaktan) - gelombang elastik yang merambat di sepanjang permukaan jasad pepejal atau di sepanjang sempadan dengan media lain. Surfaktan dibahagikan kepada dua jenis: dengan polarisasi menegak dan dengan polarisasi mendatar ( Ombak cinta).

Kes khas gelombang permukaan yang paling biasa termasuk yang berikut:

• Rayleigh melambai(atau Rayleigh), dalam erti kata klasik, merambat di sepanjang sempadan separuh ruang anjal dengan vakum atau medium gas yang agak jarang.
• pada antara muka pepejal-cecair.
• Gelombang Stoneley
• Ombak cinta- gelombang permukaan dengan polarisasi mendatar (jenis SH), yang boleh merambat dalam struktur lapisan anjal pada separuh ruang anjal.

Rayleigh melambai

Gelombang Rayleigh, secara teorinya ditemui oleh Rayleigh pada tahun 1885, boleh wujud dalam pepejal berhampiran permukaan bebasnya yang bersempadan dengan vakum. Halaju fasa gelombang sedemikian diarahkan selari dengan permukaan, dan zarah-zarah sederhana yang berayun berhampirannya mempunyai kedua-dua komponen melintang, berserenjang dengan permukaan, dan membujur bagi vektor anjakan. Semasa ayunannya, zarah-zarah ini menerangkan trajektori elips dalam satah berserenjang dengan permukaan dan melalui arah halaju fasa. Satah ini dipanggil sagittal. Amplitud getaran membujur dan melintang berkurangan dengan jarak dari permukaan ke dalam medium mengikut undang-undang eksponen dengan pekali pengecilan yang berbeza. Ini membawa kepada fakta bahawa elips berubah bentuk dan polarisasi jauh dari permukaan boleh menjadi linear. Penembusan gelombang Rayleigh ke dalam kedalaman paip bunyi adalah mengikut urutan panjang gelombang permukaan. Jika gelombang Rayleigh teruja dalam piezoelektrik, maka di dalam dan di atas permukaannya dalam vakum akan terdapat gelombang medan elektrik perlahan yang disebabkan oleh kesan piezoelektrik langsung.

Digunakan dalam paparan sentuhan dengan gelombang akustik permukaan.

Gelombang Rayleigh yang diredam

Gelombang jenis Rayleigh yang diredam pada antara muka pepejal-cecair.

Gelombang berterusan dengan polarisasi menegak

Gelombang berterusan dengan polarisasi menegak, berjalan di sepanjang sempadan cecair dan pepejal dengan kelajuan

Gelombang Stoneley

Gelombang Stoneley, merambat di sepanjang sempadan rata dua media pepejal, modulus anjal dan ketumpatannya tidak banyak berbeza.

Ombak cinta

Pautan

• Ensiklopedia Fizikal, jld 3 - M.: Great Russian Encyclopedia hlm.649 dan hlm.650.

Yayasan Wikimedia.

2010.

Lihat apakah "Gelombang permukaan" dalam kamus lain: Gelombang elektromagnet yang merambat sepanjang permukaan tertentu dan mempunyai taburan medan E dan H yang berkurangan agak cepat dengan jarak darinya ke satu sisi (PV satu sisi) atau kedua-dua belah (PV benar). Unilateral C. v. timbul...

Ensiklopedia fizikal GELOMBANG PERMUKAAN - (lihat), timbul pada permukaan bebas cecair atau merebak di sepanjang antara muka dua cecair tidak bercampur di bawah pengaruh sebab luaran (angin, batu yang dilempar, dll.), yang menghilangkan permukaan dari keadaan keseimbangan.. .

Ensiklopedia Politeknik Besar gelombang permukaan

- - Topik industri minyak dan gas EN gelombang permukaan ... Gelombang merambat di sepanjang permukaan bebas cecair atau pada antara muka dua cecair tidak boleh larut. timbul di bawah pengaruh luaran pengaruh (contohnya, angin) yang menghilangkan permukaan cecair daripada keadaan keseimbangan. DALAM… …

Kamus Besar Politeknik Ensiklopedia Gelombang elastik merambat di sepanjang permukaan bebas jasad pepejal atau di sepanjang sempadan jasad pepejal dengan media lain dan mereput dengan jarak dari sempadan. Yang paling mudah dan pada masa yang sama yang paling kerap ditemui dalam amalan P. dalam ...

Ensiklopedia Soviet yang Hebat gelombang gangguan permukaan - - Topik: industri minyak dan gas EN bunyi gelombang permukaan gulungan tanah ...

Panduan Penterjemah Teknikal Gelombang elektromagnet yang merambat sepanjang permukaan tertentu dan mempunyai taburan medan E dan H yang berkurangan agak cepat dengan jarak darinya ke satu sisi (PV satu sisi) atau kedua-dua belah (PV benar). Unilateral C. v. timbul...

- (surfaktan), gelombang kenyal merambat sepanjang permukaan bebas pepejal. badan atau di sepanjang sempadan TV. badan dengan media lain dan melemahkan dengan jarak dari sempadan. Terdapat dua jenis surfaktan: dengan polarisasi menegak, yang mempunyai ayunan vektor. anjakan h c……

Gelombang akustik permukaan. Dinamakan sempena Rayleigh, yang secara teorinya meramalkan mereka pada tahun 1885. Isi 1 Huraian 2 Badan isotropik ... Wikipedia

Peranti SAW biasa adalah berdasarkan penukar anti-sikat yang digunakan sebagai penapis laluan jalur. Gelombang permukaan dijana di sebelah kiri melalui penggunaan voltan ulang alik melalui pro... Wikipedia

Buku

• Fenomena gelombang dalam media penyebaran, Kuzelev M.V.. Buku ini secara konsisten menetapkan asas fizik fenomena gelombang dalam media penyebaran, termasuk dissipative dan nonequilibrium. Berdasarkan konsep fungsi serakan dan serakan...