Domanda:
Perché gli tsunami viaggiano più lentamente del suono?
naught101
2014-04-16 13:54:33 UTC
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Gli tsunami, nelle profondità dell'oceano, viaggiano a circa 800 chilometri all'ora.

La velocità del suono sott'acqua è di circa 5300 chilometri all'ora.

Entrambe queste onde sono onde di pressione, che operano nello stesso mezzo. Perché uno è molto più veloce dell'altro?

Una risposta:
#1
+22
Semidiurnal Simon
2014-04-16 17:06:42 UTC
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Gli tsunami e le onde sonore sono diversi tipi di onde: una è un'onda trasversale e l'altra è un'onda longitudinale. Diamo un'occhiata ai fattori che influenzano la velocità di ciascuno.

Tsunami - onda trasversale in acque poco profonde

Un'onda trasversale è uno dei tipi a cui pensiamo giorno per giorno - dove la direzione di oscillazione è perpendicolare alla direzione di marcia. La velocità a cui viaggia un'onda trasversale dipende da diversi fattori a seconda della profondità dell'acqua. A tale scopo, "acque poco profonde" è solitamente definito come esistente dove la profondità < lunghezza d'onda / 20. La lunghezza d'onda di uno tsunami è molto grande, dell'ordine di centinaia di chilometri, quindi per uno tsunami qualsiasi parte degli oceani del mondo conta come "acque poco profonde".

In acque poco profonde, la velocità di un l'onda trasversale può essere descritta da,

$$ V = \ sqrt {gD} $$

dove $ V $ è la velocità dell'onda, $ D $ è la profondità e $ g $ è l'accelerazione dovuta alla gravità (9,81 m / s 2 ). Nel caso di uno tsunami nell'oceano profondo, quindi, se assumiamo una profondità di 4 km, possiamo stimare una velocità di 198 m / s, o 713 km / h. Questo è un calcolo inviluppo, ma è sufficientemente simile agli 800 km / h che hai citato nella domanda che ne sono soddisfatto.

Suono - onda longitudinale

In un'onda longitudinale, la direzione dell'oscillazione è parallela alla direzione di marcia, ovvero è un'oscillazione nella densità del materiale. Non ne vediamo molti nella vita di tutti i giorni, ma un buon esempio è l'onda che si muove in modo irregolare se avvicini o allontani le estremità l'una dall'altra.

Picture of a slinky showing a longitudinal wave ( Fonte immagine)

Il suono, in un liquido o in un gas, è un esempio di un'onda longitudinale. La velocità di un'onda longitudinale dipende dalla rigidità e dalla densità del materiale attraverso cui viaggia, nel modo seguente:

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

dove $ c $ è la velocità dell'onda, $ K $ è il modulo di massa del fluido e $ \ rho $ è la sua densità. Si noti che non c'è dipendenza dalla profondità del fluido (in questo caso il mare): il suono un metro sotto la superficie di una piscina di acqua salata si sposterebbe all'incirca alla stessa velocità del suono un metro sotto la superficie dell'oceano.

Summary

Le onde sonore e le onde di tsunami si propagano attraverso meccanismi diversi e quindi cose diverse influenzano la loro velocità.

Bella risposta. Sarebbe eccellente se ci fosse qualche spiegazione in più del motivo per cui vengono utilizzate le due equazioni - forse non la derivazione completa, ma qualcosa che indica come sono state scoperte, forse?
@naught101 Buon punto. Tuttavia, non credo che il mio livello di esperienza sia sufficiente per farlo con sicurezza. Le modifiche sono benvenute se arriva qualcuno più esperto!
Questo potrebbe essere ulteriormente ampliato, se non corretto, con il fatto che in uno tsunami c'è un movimento netto dell'acqua, invece che, come nelle onde normali, solo un trasferimento netto di energia. Le onde sonore sono quindi di nuovo onde di pressione longitudinali, e in quel caso si applicano velocità d'onda diverse.
@hugovdberg questo è fuori dalla mia area di competenza, davvero, quindi i miglioramenti sono i benvenuti! Sentiti libero di proporre una modifica alla risposta! (o fai una nuova risposta, ovviamente)
@hugovdberg: Sarei interessato a vederlo. Non capisco come possa esserci un movimento netto dell'acqua, almeno a lungo termine (settimane +). Non è solo una questione di scala?
In breve, gli tsunami sono solitamente causati da un movimento netto del fondo oceanico, che tipicamente si alza di diversi metri su una vasta area. Quell'acqua spostata si gonfia su quell'area e poi scorre lateralmente come un'onda molto superficiale (nell'ordine di centimetri, difficilmente percepibile rispetto alle normali onde del vento) che aumenta di altezza solo non appena quel muro d'acqua colpisce la piattaforma continentale. Ma poiché il fondo del mare non torna alla sua posizione iniziale, nemmeno l'acqua lo farà.
Hmm. Sicuramente un innalzamento del fondale oceanico dovrebbe eventualmente raggiungere l'equilibrio con un (molto) piccolo aumento del livello dell'acqua attraverso il bacino oceanico (o forse proprio intorno a quel pezzetto di fondale oceanico), riflettendo il volume perso? Ho sempre pensato che il "movimento dell'acqua" all'interno di uno tsunami fosse semplicemente un moto ondoso di particelle, su larga scala. Forse questa dovrebbe essere una domanda a sé stante ... @naught101?
[Discussione correlata su Physics SE.] (Http://physics.stackexchange.com/questions/80226/why-do-longitudinal-waves-travel-faster-than-transverse-waves)


Questa domanda e risposta è stata tradotta automaticamente dalla lingua inglese. Il contenuto originale è disponibile su stackexchange, che ringraziamo per la licenza cc by-sa 3.0 con cui è distribuito.
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