Naujos sąvokos:
skersinės bangos, išilginės bangos, seisminės bangos
Kas yra skersinės ir išilginės bangos, išsiaiškinkime, atlikdami kelis bandymus.
Skersinės bangos
1 bandymas
Ilga spyruoklė yra patiesiama ant stalo ar grindų. Vienas spyruoklės galas įtvirtinamas, o kitas greitai judinamas į šalis taip, kad judesiai būtų statmeni spyruoklei (2.2.1 pav.). Dėl šio judesio spyruoklėje susidaro skersinės bangos – jos perduoda energiją iš vieno spyruoklės galo į kitą, nors pačios spyruoklės dalelės juda tik aukštyn ir žemyn. Banga yra energijos sklidimo būdas, kai medžiaga (terpė) pati nekeliauja kartu su energija, o jos dalelės pasislenka tik nedideliais atstumais.
2.2.1 pav.
Bangos, kurioms sklindant terpės dalelės svyruoja statmenai bangos sklidimo krypčiai, vadinamos skersinėmis bangomis.
Sklindančioje skersinėje bangoje atsiranda keterų ir įdubų, kurios juda bangos sklidimo kryptimi (2.2.2 pav.).
2.2.2 pav.
Skersinės bangos gali sklisti tik kietaisiais kūnais ir skysčių paviršiumi (2.2.3 pav.), bet negali dujomis ir skysčių viduje, nes tarp jų dalelių yra pernelyg silpnos sąveikos jėgos. Kadangi dujų ir skysčių dalelės lengvai juda viena kitos atžvilgiu, jos negali pasislinkti statmenai bangos sklidimo krypčiai, todėl skersinės bangos šiomis terpėmis nesklinda.
2.2.3 pav.
Išilginės bangos
2 bandymas
Atlikime bandymą su spyruokle, kurios vienas galas yra įtvirtintas. Neįtvirtintą spyruoklės galą greitai timptelėkite išilgai jos ašies ir atleiskite (2.2.4 pav.). Pamatysite, kad kiekvienas spyruoklės taškas tik svyruoja išilgai bangos sklidimo krypties. Tai reiškia, kad energija perduodama sutankėjimų ir išretėjimų kryptimi, o dalelės juda pirmyn ir atgal ta pačia kryptimi, kuria sklinda banga.
2.2.4 pav.
Bangos, kurių terpės dalelės svyruoja išilgai bangos sklidimo krypties, vadinamos išilginėmis.
Spyruokle sklindant išilginei bangai, vienur vijos sutankėja, o kitur – išretėja. Atstumas tarp gretimų dviejų spyruoklės vijų sutankėjimų ar išretėjimų atitinka bangos ilgį (2.2.5 pav.).
2.2.5 pav.
Išilginės bangos gali sklisti bet kokia terpe – dujomis, skysčiais ir kietaisiais kūnais. Šios bangos susidaro dėl pakaitomis atsirandančių terpės dalelių sutankėjimų ir išretėjimų. Tokios yra garso bangos (2.2.6 pav.).
2.2.6 pav.
Pasirinkite sceną „Skersinės ir išilginės bangos“ ir atlikite pateiktą užduotį.
Seisminės bangos
Dar vienas mechaninių bangų pavyzdys – seisminės bangos. Tokios bangos susidaro, vykstant žemės drebėjimams – kylant ir leidžiantis žemės sluoksniams. Seisminės bangos yra kelių rūšių: pirminės (P, iš lot. primae – pirmos) – išilginės bangos ir antrinės (S, iš lot. secundae – antros) – skersinės bangos (2.2.7 pav.).
2.2.7 pav.
Pirminės (P) bangos – tai išilginės bangos. Jos susidaro dėl terpės (uolienų) dalelių virpėjimo bangos sklidimo kryptimi, sukeliančio sutankėjimų ir išretėjimų sritis – panašiai kaip garso bangos. P bangos yra greitesnės už S bangas, todėl jos pirmos pasiekia seisminę stotį, jas pirmas užregistruoja seismografai (2.2.8 pav.). P bangos gali sklisti ir kieta, ir skysta terpe (pvz., per Žemės išorinį branduolį). Paskui jas seka antrinės (S) bangos. Šių bangų greitis mažesnis, todėl jos registruojamos vėliau. Antrinės (S) bangos – tai skersinės bangos. Joms būdingas terpės dalelių virpėjimas statmenai bangos sklidimo krypčiai. S bangos yra lėtesnės už P bangas ir negali sklisti skysta terpe (pvz., per Žemės išorinį branduolį ar vandenį). Ši bangų savybė yra labai svarbi, tiriant Žemės sandarą.
2.2.8 pav.
Tai įdomu!
Pirmoji seisminė stotis Lietuvoje buvo įkurta Vilniuje 1970 m. ir veikė iki 1999 m. Fizikos instituto teritorijoje. 1999 m. Ignalinos atominės elektrinės apylinkėse buvo įrengtos keturios stacionariosios seisminės stotys. Vėliau (2011 m.) stacionarioji seisminė stotis buvo pastatyta Paburgės kaime (Plungės rajono savivaldybėje), o 2012 m. – Paberžės kaime (Kėdainių rajono savivaldybėje). Šiuo metu Lietuvoje veikiančių seisminių stočių duomenys yra apdorojami Lietuvos geologijos tarnyboje Vilniuje.
Tarpdalykinis projektas
Žemės drebėjimai Lietuvoje yra retas reiškinys. Per pastarąjį šimtmetį Lietuvoje buvo juntami keli žemės drebėjimai, kurių epicentrai buvo ne Lietuvoje. Pasidomėkite, kaip ir kas Lietuvoje fiksuoja žemės drebėjimus. Kaip įvertinamas žemės drebėjimo stiprumas? Kaip mokslininkai naudoja seismines bangas mūsų planetos struktūros tyrimams? Šia tema parenkite pranešimą. Padiskutuokite, kokios priemonės galėtų padėti apsisaugoti nuo žemės drebėjimų keliamos žalos.
Žemės drebėjimų žemėlapis
Klausimai ir užduotys
- Kuo skiriasi skersinės ir išilginės bangos?
- Kuriomis terpėmis gali sklisti skersinės bangos, o kuriomis – išilginės?
- Mokiniai stebi mechaninių bangų susidarymą, naudodamiesi spyruoklėmis (2.2.9 pav.).
- Nurodykite, kuri iš bandyme stebimų bangų (I ar II) yra išilginė, o kuri – skersinė.
- Naudodamiesi liniuote, nustatykite apytikslius šių bangų ilgius.
2.2.9 pav.
- Ore sklinda išilginė garso banga, kurios dažnis 264 Hz, o ilgis 1,29 m. Apskaičiuokite šios garso bangos greitį.
- Skersinės bangos ilgis gitaros stygoje yra 15 m/s. Apskaičiuokite bangos ilgį, jei šios bangos svyravimų dažnis 5 Hz.
- Policijos automobilio sirenos skleidžiamą garsą žmogus, esantis 510 m atstumu, išgirsta po 1,5 s.
- Apskaičiuokite sirenos skleidžiamo garso greitį ore.
- Sirenos skleidžiamo garso dažnis yra 0,5 kHz. Apskaičiuokite garso bangos svyravimo periodą.
- Žinodami, kad garso sirenos greitis ore 340 m/s, apskaičiuokite šios garso bangos ilgį.
- Per žemės drebėjimą seismografas užfiksavo du smūgius 50 s intervalu. Apskaičiuokite atstumą iki žemės drebėjimo epicentro. Išilginės seisminės bangos (P) greitis yra 8 km/s, o skersinės bangos (S) greitis yra 4 km/s.
- Paslaugą teikia UAB "Biznio mašinų kompanija" ir "Star Cloud OÜ"