Sóng Cơ Học – Wikipedia Tiếng Việt

Sóng cơ học là loại sóng lan truyền dao động cơ học của các phần tử môi trường vật chất. Trong khi sóng có thể di chuyển và truyền năng lượng trên quãng đường dài, thì các phần tử môi trường chỉ dao động quanh vị trí cân bằng của nó.[1]

Môi trường vật chất có tính đàn hồi và quán tính nên một tác động dịch chuyển sẽ gây rung động và tạo ra sóng. Cũng vì thế mà sóng cơ học khác với sóng điện từ là không lan truyền được qua môi trường không vật chất như chân không.

Năng lượng được truyền đi cùng hướng với sóng. Khi dao động nhỏ không gây biến dạng môi trường thì sóng cơ học còn được gọi là sóng đàn hồi (elastic wave), như sóng âm thanh. Các dao động quá lớn thì gây phá hủy liên kết của môi trường, không còn đàn hồi nữa, như sóng động đất, sóng bạc đầu ở mặt nước.

Khái quát

[sửa | sửa mã nguồn]

Sóng cơ học được phân loại theo kiểu dao động của phần tử môi trường, và chia ra ba loại: sóng dọc, sóng ngang, và sóng mặt.

Địa vật lý thì xếp sóng dọc sóng ngang vào dạng sóng khối (Body waves) dựa theo khả năng lan truyền vào khối vật chất sâu trong lòng đất, phân biệt với sóng mặt (Surface waves) chỉ lan truyền ở vùng bề mặt.

Sóng dọc

[sửa | sửa mã nguồn] Bài chi tiết: Sóng dọc

Sóng dọc (Longitudinal wave) hay sóng P, là sóng có phương dao động của hạt môi trường xảy ra dọc theo phương truyền, tạo ra các đới nén và dãn. Sự nén dãn thay đổi áp suất trong môi trường nên nó là sóng áp suất.

Sóng dọc truyền nhanh hơn sóng khác. Sóng dọc có thể truyền qua loại vật liệu bất kỳ, gồm cả chất lỏng, khí. Nó có thể truyền nhanh gần gấp đôi so với tốc độ của sóng S. Tốc độ truyền sóng dọc Vp xác định theo công thức:

v p = K + 4 3 G ρ {\displaystyle v_{p}={\sqrt {\frac {K+{\frac {4}{3}}G}{\rho }}}}

trong đó

K là modul đàn hồi hay modul nén (Bulk Modulus), G là modul ngang hay modul trượt (Shear modulus), và ρ {\displaystyle \rho } là mật độ tự nhiên tính ra (Mg/m³ hoặc g/cm³).

Trong không khí và nước, chúng là sóng âm thanh. Tốc độ lan truyền sóng P là 330 m/s trong không khí, 1450 m/s trong nước, khoảng 5000 m/s trong các vật liệu cứng như sắt thép, đá granit,... Trong lòng Trái Đất thì tốc độ lan truyền là trên 8000 m/s trong quyển manti và lõi.

Trong địa vật lý các quan sát động đất tại trạm quan sát địa chấn thấy nó đến đầu tiên, nên có tên là sóng P (Primary) tức sóng sơ cấp.

Sóng ngang

[sửa | sửa mã nguồn] Bài chi tiết: Sóng ngang

Sóng ngang (Transverse wave, Shear waves) hay sóng S, là sóng có phương dao động của hạt môi trường vuông góc với phương truyền. Sóng S truyền chậm hơn sóng P, giá trị thường cỡ 60% tốc độ sóng P ở cùng môi trường đó. Sóng S chỉ truyền trong chất rắn hoặc thể vô định hình gần rắn, không truyền qua chất lỏng và khí. Tốc độ truyền sóng ngang Vs xác định theo công thức:

v S = G ρ {\displaystyle v_{S}={\sqrt {\frac {G}{\rho }}}}

Các tham số điển hình của đất đá ở Trái Đất cho ra tỷ số Vp/Vs vào cỡ 3 {\displaystyle {\sqrt {3}}} .

Trong quan sát động đất nó đến trạm quan sát địa chấn sau sóng P, nên có tên là sóng S (Secondary) tức sóng thứ cấp.

Sóng mặt

[sửa | sửa mã nguồn]

Sóng mặt (Surface waves) lan truyền trên bề mặt tiếp giáp giữa các pha của vật chất là rắn-không khí, nước-không khí, và rắn-lỏng. Bùn nhão phủ trên đá cứng có thể xem là gần lỏng và sóng mặt xuất hiện ở mặt đá cứng. Sóng trên mặt nước là một điển hình của sóng mặt.

Sóng mặt lan truyền chậm hơn sóng P và sóng S, và dao động của hạt môi trường có dạng phức tạp, nhưng biên độ giảm dần theo độ sâu.

Trong địa vật lý các nghiên cứu địa chấn dẫn đến phân chia ra hai loại sóng mặt.

• Sóng Rayleigh, còn gọi là rung cuộn mặt đất (Ground roll) là sóng mặt lan truyền có gợn sóng tương tự như sóng trên mặt nước. (Tuy nhiên chú ý rằng, ở sóng mặt nước các chuyển động hạt ở tầng nước nông là ngược dòng và lực khôi phục vị trí hạt là lực hấp dẫn, còn trong sóng Rayleigh và sóng địa chấn khác thì lực khôi phục là lực đàn hồi). Sự tồn tại của các sóng này được John William Strutt Lord Rayleigh, dự báo vào năm 1885, và sau đó đặt theo tên ông.
• Sóng Love là sóng mặt ngang phân cực ngang (Shear Horizontal, SH), chỉ xuất hiện trong môi trường nừa không gian vô hạn bị phủ bởi một lớp có bề dày hữu hạn. Chúng được đặt tên theo nhà toán học người Anh A.E.H. Love, người tạo ra một mô hình toán học của sóng năm 1911. Sóng lan nhanh hơn sóng Rayleigh một chút, vào khoảng 90% tốc độ sóng S, và có biên độ lớn nhất.

Trong trận động đất mạnh, sóng mặt có thể có biên độ của một vài cm, và là sóng gây phá hủy.[2]

Đối tượng nghiên cứu

[sửa | sửa mã nguồn]

• Thạch quyển
• Trái Đất

Tham khảo

[sửa | sửa mã nguồn]

1. ^ Landau L.D., Lifshitz E. M., 1986. Theory of Elasticity (3rd ed.). Oxford, England: Butterworth Heinemann. ISBN 0-7506-2633-X.
2. ^ Sammis CG, Henyey TL. Geophysics Field Measurements. Academic Press, 1987, p. 12.

Xem thêm

[sửa | sửa mã nguồn]

• Elastic waves
• Sóng địa chấn
• Động đất
• Sóng điện từ

Liên kết ngoài

[sửa | sửa mã nguồn] Wikimedia Commons có thêm hình ảnh và phương tiện về Sóng cơ học.

x t s Trái Đất
Lục địa	Châu Phi Châu Nam Cực Châu Á Lục địa Úc Châu Âu Bắc Mỹ Nam Mỹ
Đại dương	Bắc Băng Dương Đại Tây Dương Ấn Độ Dương Thái Bình Dương Nam Đại Dương Hải dương học
Địa chất,địa lý	Tuổi Trái Đất Địa chất học Khoa học Trái Đất Xói mòn Extremes on Earth Tương lai Trái Đất Lịch sử địa chất Trái Đất (thang đo thời gian) Geologic record Trọng trường Trái Đất Lịch sử Trái Đất Từ trường Kiến tạo mảng Cấu trúc Trái Đất Động đất Địa vật lý Bướu xích đạo Châu lục Địa lý các hành tinh đá Hệ Mặt Trời Định lý Clairaut Lục địa Múi giờ Những cực trị trên Trái Đất
Khí quyển	Khí quyển Trái Đất Khí hậu Ấm lên toàn cầu Thời tiết Khí hậu học Khí tượng học
Môi trường	Khu sinh học Sinh quyển Sinh thái học Hệ sinh thái Ảnh hưởng do con người lên môi trường Lịch sử tiến hóa sự sống Tự nhiên Đánh giá hệ sinh thái thiên niên kỷ Triết lý Gaia
Bản đồ	Bản đồ kỹ thuật số Hình ảnh vệ tinh Địa cầu ảo Bản đồ thế giới Viễn thám
Lịch sử	Giả thuyết Gaia Lịch sử Hệ Mặt Trời Lịch sử Trái Đất Lịch sử địa chất Trái Đất Tiến hóa sự sống Lịch trình tiến hóa sự sống Niên đại địa chất Tuổi Trái Đất Tương lai Trái Đất Nghịch lý Mặt trời trẻ mờ nhạt
Văn hóa,nghệ thuậtvà xã hội	Danh sách quốc gia có chủ quyền lãnh thổ phụ thuộc Trái Đất trong văn hóa Ngày Trái Đất Kinh tế thế giới Tên gọi Lịch sử thế giới Múi giờ Thế giới Luật quốc tế Nghệ thuật phong cảnh Trái Đất phẳng và Trái Đất rỗng Trái Đất trong viễn tưởng
Tâm linh,mục đích luận	Bí ẩn sáng tạo Chủ nghĩa Gaia New Age Chủ nghĩa sáng thế Thần ngôn hành tinh (thuyết thần trí) Gaia (Hy Lạp cổ đại) Mẹ Trái Đất Tellus Mater (La Mã cổ đại)
Khoa học hành tinh	Quỹ đạo Trái Đất Sự tiến hóa của Hệ Mặt Trời Geology of solar terrestrial planets Vị trí trong Vũ Trụ Mặt Trăng Hệ Mặt Trời
Khác	Hoàng đạo Hành tinh đôi Mây Kordylewski Terra Theia
Thể loại Outline of Earth Cổng thông tin Trái Đất Cổng thông tin Hệ Mặt Trời Hình ảnh Mặt Trời Sao Thủy Sao Kim Trái Đất Sao Hỏa Sao Mộc Sao Thổ Thiên Vương Hải Vương

x t s Khoa học Trái Đất
Khoa học khí quyển · Khoa học môi trường · Trắc địa · Địa chất học · Địa vật lý · Băng hà họcThủy văn học · Hải dương học · Địa lý tự nhiên · Khoa học đất
Thể loại · Chủ đề

x t s Các ngành vật lý học
Phạm vi	Vật lý ứng dụng Vật lý thực nghiệm Vật lý lý thuyết
Năng lượng,Chuyển động	Cơ học cổ điển Cơ học Lagrange Cơ học Hamilton Cơ học môi trường liên tục Cơ học thiên thể Cơ học thống kê Nhiệt động lực học Cơ học chất lưu Cơ học lượng tử
Sóng và Trường	Trường hấp dẫn Trường điện từ Lý thuyết trường lượng tử Thuyết tương đối Thuyết tương đối hẹp Thuyết tương đối rộng
Khoa học vật lý và Toán học	Vật lý máy gia tốc Âm học Vật lý thiên văn Vật lý Mặt Trời Vật lý thiên văn hạt nhân Vật lý không gian Vật lý sao Vật lý nguyên tử, phân tử, và quang học Vật lý hóa học Vật lý tính toán Vật lý vật chất ngưng tụ Vật lý chất rắn Vật lý kỹ thuật số Vật lý kỹ thuật Vật lý vật liệu Vật lý toán Vật lý hạt nhân Quang học Quang học phi tuyến Quang học lượng tử Vật lý hạt Vật lý hạt thiên văn Phenomenology Plasma Vật lý polymer Vật lý thống kê
Vật lý / Sinh học / Địa chất học / Kinh tế học	Lý sinh học Cơ học sinh học Vật lý y khoa Vật lý thần kinh Vật lý nông học Vật lý đất Vật lý khí quyển Vật lý đám mây Vật lý kinh tế Vật lý xã hội Địa vật lý Tâm vật lý học