คลื่นตามขวางและตามยาวความแตกต่าง?

ปรากฏการณ์ที่เกี่ยวข้องกับการสั่นสะเทือนเสียงและคลื่นมักเกิดขึ้นรอบตัวเรา แค่พูดถึงแรงสั่นสะเทือนของแผ่นดินไหวเสียงนกร้องและเสียงคลื่นของน้ำทะเล ในการสนทนานี้เราจะทำความคุ้นเคยกับปรากฏการณ์สุดท้ายเพิ่มเติมคือคลื่น

คลื่นหมายถึงอะไร? คลื่นคือการสั่นสะเทือนที่แพร่กระจาย ตัวอย่างเช่นเด็กผูกปลายเชือกกับกิ่งไม้ จากนั้นเด็กจะสั่นปลายอีกด้านของเชือกขึ้นลงอย่างสม่ำเสมอ จะเห็นได้ว่าเมื่อเวลาผ่านไปการสั่นสะเทือนจะแพร่กระจายไปตามเชือกจนกระทั่งถึงปลายเชือกที่มัดและก่อตัวเป็นคลื่น

จากภาพประกอบนี้เราได้คำจำกัดความว่าการแพร่กระจายของการสั่นสะเทือนเรียกว่าคลื่น

รูปคลื่นในอุดมคติจะเป็นไปตามการเคลื่อนที่ของไซน์ นอกเหนือจากรังสีแม่เหล็กไฟฟ้าและอาจเป็นรังสีความโน้มถ่วงซึ่งสามารถเดินทางผ่านสูญญากาศได้แล้วคลื่นยังมีอยู่ในตัวกลาง (ซึ่งเนื่องจากการเปลี่ยนแปลงรูปร่างอาจทำให้เกิดแรงสปริง) ซึ่งพวกมันสามารถเดินทางและสามารถเคลื่อนย้ายพลังงานจากที่หนึ่งไปยังอีกที่หนึ่งโดยไม่ทำให้อนุภาคของตัวกลาง ย้ายถาวร นั่นคือไม่มีการเคลื่อนไหวของมวล

สื่อเป็นเส้นตรงหากสามารถเพิ่มคลื่นที่แตกต่างกัน ณ จุดใดก็ได้ในตัวกลาง จำกัด ถ้ามี จำกัด มิฉะนั้นจะเรียกว่า "ไม่มีที่สิ้นสุด"; สม่ำเสมอหากคุณสมบัติทางกายภาพไม่เปลี่ยนแปลงในจุดต่าง ๆ isotropic ถ้าลักษณะทางกายภาพ "เหมือนกัน" ในทิศทางที่ต่างกัน

ขึ้นอยู่กับทิศทางของการแพร่กระจายและทิศทางของการสั่นสะเทือนคลื่นแบ่งออกเป็นสองประเภท ได้แก่ คลื่นตามขวางและคลื่นตามยาว

คลื่นตามขวาง

คลื่นตามขวางคือคลื่นที่มีทิศทางการแพร่กระจายตั้งฉากกับทิศทางของการสั่นสะเทือน

ตัวอย่างเช่นเด็กสั่นเชือกที่ปลายต้นไม้เพื่อให้คลื่นเกาะเชือกดังภาพ จะเห็นได้ว่าคลื่นที่เกิดบนเชือกเป็นคลื่นตามขวางซึ่งทิศทางการแพร่กระจายจะตั้งฉากกับทิศทางของการสั่นสะเทือน

คลื่นตามขวางมักเกิดขึ้นในของแข็งยืดหยุ่น การสั่นในกรณีนี้คือการเคลื่อนที่ของอนุภาคของแข็งที่อยู่ห่างจากตำแหน่งที่ผ่อนคลายในทิศทางที่ตั้งฉากกับการแพร่กระจายของคลื่น เนื่องจากการกระจัดสอดคล้องกับการเปลี่ยนรูปของแรงเฉือนในท้องถิ่นของวัสดุคลื่นตามขวางของคุณสมบัตินี้จึงเรียกว่าคลื่นเฉือน ในแผ่นดินไหวคลื่นเฉือนเรียกอีกอย่างว่าคลื่นทุติยภูมิหรือคลื่น S

(อ่านเพิ่มเติม: การทำความเข้าใจความแตกต่างของการสั่นสะเทือนและคลื่น)

มีหลายตัวอย่างของคลื่นตามขวาง ได้แก่ คลื่นบนเชือกและคลื่นแสง

คลื่นตามยาว

ในทางตรงกันข้ามกับคลื่นตามขวางคลื่นตามยาวคือคลื่นที่มีทิศทางการแพร่กระจายขนานกับทิศทางของการสั่นสะเทือน

ตัวอย่างเช่นสปริงที่มีปลายด้านหนึ่งถูกผูกไว้ในแนวนอนอยู่ในสภาวะสมดุล จากนั้นมันจะถูกดึงและปล่อยออกมาทำให้เกิดการสั่นสะเทือนและคลื่นที่เกิดขึ้นในฤดูใบไม้ผลิ จะเห็นได้ว่าคลื่นที่เกิดบนสปริงเป็นคลื่นตามยาวโดยทิศทางการแพร่กระจายขนานไปกับทิศทางของการสั่นสะเทือน

คลื่นตามยาว ได้แก่ คลื่นเสียง (การสั่นสะเทือนในความดันการกระจัดของอนุภาคและความเร็วของอนุภาคที่แพร่กระจายในตัวกลางที่ยืดหยุ่น) และคลื่น P-seismic (เกิดจากแผ่นดินไหวและการระเบิด) ในคลื่นตามยาวการกระจัดของสื่อจะขนานกับการแพร่กระจายของคลื่น คลื่นตามการเล่นแบบ Slinky ที่ยืดออกซึ่งระยะห่างระหว่างขดลวดเพิ่มขึ้นและลดลงเป็นการแสดงภาพที่ดีและแตกต่างกับคลื่นตรงตามแนวกีตาร์ที่สั่นตามขวาง

มีหลายตัวอย่างของคลื่นตามยาว ได้แก่ คลื่นในน้ำพุและคลื่นเสียง