Повърхностни вълни: дефиниция и видове (механични, електромагнитни)
Повърхностни вълни: дефиниция и видове — механични (вълни по границата на течности) и електромагнитни (напр. радиовълни), с примери, свойства и приложения.
Във физиката повърхностната вълна обичайно се определя като вълна, която се разпространява по или близо до границата между две различни среди. Това може да бъде механична вълна — например на границата между вода и въздух или между две течности с различна плътност, или електромагнитна вълна, която е локализирана и направлявана от структурата на средата (например чрез градиент на показателя на пречупване). При радиовълните земната вълна е тип повърхностна вълна, която се разпространява близо до повърхността на Земята и позволява покритие зад хоризонта.
Механични повърхностни вълни
Механичните повърхностни вълни възникват, когато възстановяващите сили (най-често гравитация или повърхностно напрежение) действат на смущение, локализирано към интерфейса между две среди. Основни примери и подвидове:
- Вълни по повърхността на водата — включително гравитационни вълни (по-големи вълни като вълни в морето и цунами) и капилярни вълни (малки вълнички, доминирани от повърхностното напрежение).
- Вътрешни (интерфейсни) вълни — вълни, които се разпространяват по границата между два слоя течност с различна плътност (напр. термоклин в океана) и могат да пренесат енергия и маса на големи разстояния.
- Сеизмични повърхностни вълни — като Релееви (Rayleigh) и Лъвови (Love) вълни, които се разпространяват по повърхността на твърди тела като земната кора и често причиняват най-големи разрушения при земетресения.
Характерни свойства: амплитудата на повърхностните вълни обикновено спада експоненциално с разстоянието от интерфейса; те могат да бъдат дисперсионни (скоростта зависи от честотата), което е особено важно за водните вълни, и имат различни фазови и групови скорости.
Електромагнитни повърхностни вълни
Електромагнитните повърхностни вълни са решения на уравненията на Максуел, които са локализирани по границата между две среди или се поддържат от пространствено вариращи свойства на средата. Примери:
- Повърхностни плазмон-поляритони — вълни, възникващи на метал–диелектрик интерфейс, при които електромагнитното поле е силно локализирано и намалява бързо в двете среди; широко използвани в нанофотониката и сензориката.
- Еванесцентни вълни в оптични водачи — при които светлината е ограничена от разлика или градиент на показателя на пречупване (оптични влакна, планарни вълноводи), като полето извън проводящия път експоненциално изчезва.
- Земни (навигационни) радиовълни — повърхностни режими на разпространение при радиовълни, които следват кривината на земната повърхност и се влияят от проводимостта и диелектричните свойства на терена.
Основни характеристики и приложен смисъл
- Локализация: повърхностните вълни са силно локализирани около интерфейса — амплитудата намалява с растящото разстояние от границата.
- Дисперсия: много повърхностни вълни са дисперсионни; това определя как се променя формата на пакета вълни с времето.
- Пренос на енергия: могат да пренасят енергия по интерфейси далеч от източника (напр. енергия от вълни при брегова линия, сеизмична енергия по повърхността на корпуса).
- Приложения: прибрежно инженерство и прогнози за вълни и цунами, сеизмично строителство и проучване, безжична комуникация (земни вълни), оптика и нанотехнологии (плазмонни сензори, оптични вълноводи), електронни устройства (SAW филтри).
Разбирането на повърхностните вълни изисква анализ на граничните условия, физичните сили, които действат на интерфейса, и на дисперсионните свойства на средите. В практиката различните видове повърхностни вълни се използват целево в наука и техника, а техният контрол и моделиране остават активни изследователски области.
Капка вода прави вълни
Свързани страници
Вълни
- Океански повърхностни вълни, вътрешни вълни и гребени, дисперсия и странни вълни
- Списък на темите за вълните
Хора
- Арнолд Зомерфелд - публикува математическия трактат за вълната на Зенек
Други статии, допълнителна литература и препратки
Други уебсайтове
- Eric W. Weisstein и др., "Surface Wave", Eric Weisstein's World of Physics, 2006 г.
- "Surface waves" Архивирано 2006-05-29 at the Wayback Machine. Integrated Publishing (tpub.com).
- Brett Ketter, "Surface Wave Theory" Архивирано 2009-04-21 в Wayback Machine. Университет на Уисконсин - Милуоки.
- David Reiss, "Електромагнитни повърхностни вълни". The Net Advance of Physics: Специални доклади, № 1
- Гари Л. Питърсън, "Преоткриване на вълната Zenneck". Feed Line No. 4. (изд., възпроизвеждане достъпно онлайн в Twenty First Century Books)
Стандарти и доктрини
- "Surface wave" Архивирано 2007-05-08 at the Wayback Machine". Телекомуникационен речник 2000, Комитет T1A1 на ATIS, Производителност и обработка на сигнали, T1.523-2001.
- "Surface wave Архивирано 2016-12-16 в Wayback Machine", Федерален стандарт 1037C.
- "Повърхностна вълна", MIL-STD-188
- "Многофункционални тактики, техники и процедури за високочестотно автоматично установяване на връзка (HF-ALE): FM 6-02.74; MCRP 3-40.3E; NTTP 6-02.6; AFTTP(I) 3-2.48; COMDTINST M2000.7", септември 2003 г.
Книги
- Waldron, Richard Arthur, "Теория на направляваните електромагнитни вълни". Лондон, Ню Йорк, Van Nostrand Reinhold, 1970 г. ISBN 0-442-09167-2 LCCN 69019848 //r86
- Уайнър, Мелвин М., "Монополни антени" Ню Йорк, Marcel Dekker, 2003 г. ISBN 0-8247-0496-7
- Бъдън, К. Г., "Теория на вълновия проводник за разпространението на вълните". London, Logos Press; Englewood Cliffs, N.J., Prentice-Hall, c1961. LCCN 62002870 /L
Списания и документи
Изчакайте
- Wait, J. R., "Lateral Waves and the Pioneering Research of the Late Kenneth A Norton" ("Страничните вълни и пионерските изследвания на покойния Кенет Нортън").
- Wait, J. R., и D. A. Hill, "Възбуждане на ВЧ повърхностна вълна чрез вертикални и хоризонтални отвори". Radio Science, 14, 1979, стр. 767-780.
- Wait, J. R., и D. A. Hill, "Възбуждане на повърхността на Zenneck чрез вертикална апертура", Radio Science, 13, 1978, стр. 967-977.
- Wait, J. R., "A note on surface waves and ground waves", IEEE Transactions on Antennas and Propagation, ноември 1965 г. Том 13, брой 6, стр. 996- 997 ISSN 0096-1973
- Wait, J. R., "Древна и съвременна история на разпространението на ЕМ земни вълни". IEEE Antennas Propagat. Mag., том 40, стр. 7-24, октомври 1998 г.
- Wait, J. R., "Приложение В: За теорията на разпространението на земните вълни върху леко изкривена земя", Electromagnetic Probing in Geophysics. Boulder, CO., Golem, 1971 г., стр. 37-381.
- Wait, J. R., "Electromagnetic surface waves", Advances in Radio Research, 1, New York, Academic Press, 1964 г., стр. 157-219.
Други медии
- Л.А. Островски (ред.), "Лабораторно моделиране и теоретични изследвания на модулацията на повърхностните вълни от движеща се сфера", Лаборатория за екологични технологии, Министерство на търговията на САЩ, Национална океанска и атмосферна администрация, Лаборатории за океански и атмосферни изследвания, 2002 г. OCLC 50325097
Въпроси и отговори
В: Какво представлява повърхностната вълна?
О: Повърхностната вълна е механична вълна, която се разпространява по границата между две различни среди, обикновено две течности с различна плътност. Тя може да бъде и електромагнитна вълна, направлявана от градиент на показателя на пречупване.
В: Какъв тип вълни са земните вълни?
О: Земните вълни са повърхностни вълни, които се разпространяват близо до повърхността на Земята и са характерни за радиовълните.
В: Как се разпространяват повърхностните вълни?
О: Повърхностните вълни се движат по границата между две различни среди, обикновено две течности с различна плътност, или като електромагнитна вълна, направлявана от градиент на показателя на пречупване.
В: Има ли специални видове повърхностни вълни?
О: Да, наземни вълни, които са специфични за радиовълните и се разпространяват близо до повърхността на Земята.
В: През какви среди обикновено преминават повърхностните вълни?
О: Повърхностните вълни обикновено преминават през две различни среди, обикновено две течности с различна плътност или като електромагнитна вълна, направлявана от градиент на показателя на пречупване.
В: Възможно ли е един вид среда да се използва едновременно за разпространение на флуиди и електромагнитни вълни?
О: Да, възможно е един вид среда да се използва както за флуидно, така и за електромагнитно разпространение в зависимост от ситуацията.
обискирам