Kysymys:
Miksi tsunamit matkustavat hitaammin kuin ääni?
naught101
2014-04-16 13:54:33 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tsunamit syvällä meressä kulkevat noin 800 kilometriä tunnissa.

Äänen nopeus veden alla on noin 5300 kilometriä tunnissa.

Molemmat aallot ovat paineaaltoja, jotka toimivat samassa väliaineessa. Miksi toinen on niin paljon nopeampi kuin toinen?

üks vastaus:
#1
+22
Semidiurnal Simon
2014-04-16 17:06:42 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Tsunamit ja ääniaallot ovat erityyppisiä aaltoja - toinen on poikittainen ja toinen pitkittäinen. Katsotaanpa tekijöitä, jotka vaikuttavat kunkin nopeuteen.

Tsunami - poikittainen aalto matalassa vedessä

Poikittainen aalto on yksi tyypistä, jota ajattelemme päivittäin. - jossa värähtelyn suunta on kohtisuorassa ajosuuntaan nähden. Nopeus, jolla poikittainen aalto kulkee, riippuu eri tekijöistä veden syvyydestä riippuen. Tätä tarkoitusta varten "matala vesi" määritellään yleensä olemassa olevaksi, missä syvyys < aallonpituus / 20. Tsunamin aallonpituus on erittäin suuri - noin satoja kilometrejä - joten tsunamin kohdalla mikä tahansa osa maailman valtameristä lasketaan "matalaksi vedeksi".

Matalassa vedessä poikittaisaalto voidaan kuvata seuraavasti:

$$ V = \ sqrt {gD} $$

missä $ V $ on aallon nopeus, $ D $ on syvyys ja $ g $ on painovoimasta johtuva kiihtyvyys (9,81 m / s 2 ). Tsunamin tapauksessa syvässä meressä, jos oletamme 4 km: n syvyyden, voimme arvioida nopeuden 198 m / s eli 713 km / h. Se on kirjekuoren takaosa, mutta se on riittävän samanlainen kuin 800 km / h, jonka mainitsit kysymyksessä, josta olen tyytyväinen.

Ääni - pitkittäisaalto

Pitkittäisaallossa värähtelyn suunta on yhdensuuntainen kulkusuunnan kanssa - ts. Se on värähtely materiaalin tiheydessä . Emme näe monia näistä jokapäiväisessä elämässä, mutta yksi hyvä esimerkki on aalto, joka liikkuu alaspäin, jos nykytät päät kohti toisiaan tai poispäin toisistaan.

Picture of a slinky showing a longitudinal wave ( Kuvalähde)

Ääni nesteessä tai kaasussa on esimerkki pituussuuntaisesta aallosta. Pituussuuntaisen aallon nopeus riippuu sen läpi kulkevan materiaalin jäykkyydestä ja tiheydestä seuraavalla tavalla:

$$ c = \ sqrt { \ frac {K} {\ rho}} $$

missä $ c $ on aallon nopeus, $ K $ on nesteen irtomoduuli ja $ \ rho $ on sen tiheys. Huomaa, että nesteen (tässä tapauksessa meren) syvyydestä ei ole riippuvuutta - ääni metri suolaisen veden uima-altaan alapuolella liikkuu suunnilleen samalla nopeudella kuin ääni metri merenpinnan alapuolella.

Yhteenveto

Ääniaallot ja tsunamiaallot etenevät eri mekanismien kautta, joten erilaiset asiat vaikuttavat niiden nopeuteen.

Hieno vastaus. Olisi hienoa, jos olisi vielä enemmän selitystä sille, miksi kahta yhtälöä käytetään - ehkä ei koko johdannaista, mutta jotain, joka viittaa siihen, miten ne mahdollisesti löydettiin?
@naught101 Hyvä asia. En kuitenkaan usko, että oma asiantuntemukseni riittää tekemään sen luottavaisin mielin. Muokkaukset ovat tervetulleita, jos joku osaavampi tulee mukaan!
Tätä voitaisiin edelleen laajentaa, ellei korjata, sillä, että tsunamissa tapahtuu veden nettoliike sen sijaan, kuten normaalien aaltojen kohdalla, vain energian siirto. Ääni-aallot ovat taas pitkittäisiä paineaaltoja, ja tällöin aallon nopeudet ovat todella erilaiset.
@hugovdberg, tämä ei kuulu minun osaamisalueelleni, joten parannukset ovat erittäin tervetulleita! Voit vapaasti ehdottaa vastauksen muokkausta! (tai tee uusi vastaus tietysti)
@hugovdberg: Olisin kiinnostunut näkemään sen. En ymmärrä kuinka veden nettoliike voi tapahtua ainakin pitkällä aikavälillä (viikot +). Eikö kyseessä ole vain mittakaava?
Lyhyesti sanottuna tsunamit johtuvat tavallisesti merenpohjan nettoliikkeestä, joka yleensä nousee useita metrejä suurella alueella. Tuo syrjäytynyt vesi pullistuu kyseisen alueen yli ja virtaa sitten sivuttain hyvin matalana aallona (senttimetrien luokkaa, tuskin havaittavissa normaalilla tuuliaallolla s), jonka korkeus kasvaa vasta, kun vesiseinä osuu mannerjalustaan. Mutta koska merenpohja ei palaa alkuperäiseen asentoonsa, vesi ei myöskään palaa.
Hmm. Varmasti merenpohjan nousun pitäisi lopulta saavuttaa tasapaino (hyvin) pienellä vesitason nousulla valtamerialtaalla (tai mahdollisesti juuri sen merenpohjan ympärillä), mikä heijastaa menetettyä tilavuutta? Olin aina olettanut, että "veden liikkuminen" tsunamin sisämaahan oli yksinkertaisesti aaltopartikkeliliikettä suuressa mittakaavassa. Ehkä tämän pitäisi olla kysymys itsessään ... @naught101?
[Liittyvä keskustelu Physics SE: stä.] (Http://physics.stackexchange.com/questions/80226/why-do-longitudinal-waves-travel-faster-than-transverse-waves)


Tämä Q & A käännettiin automaattisesti englanniksi.Alkuperäinen sisältö on saatavilla stackexchange-palvelussa, jota kiitämme cc by-sa 3.0-lisenssistä, jolla sitä jaetaan.
Loading...