Почему S-волны не могут проходить через жидкости, такие как внешнее ядро Земли?

S-волны являются сдвиговыми, то есть для их распространения материал должен сопротивляться поперечной силе сдвига. Жидкости (и газы) имеют нулевой модуль сдвига (μ=0); они текут, а не упруго возвращаются в исходное состояние. Поскольку формула скорости S-волн v_S = √(μ / ρ), при μ=0 скорость волны равна нулю, и волна не может распространяться. Это является ключевым доказательством жидкой природы внешнего ядра Земли.

Если я увеличу скорость волны с помощью ползунка, почему длина волны становится больше?

Симулятор поддерживает постоянную частоту (f) источника. Основное волновое уравнение v = fλ говорит нам, что скорость волны (v) и длина волны (λ) прямо пропорциональны при фиксированной частоте. Следовательно, увеличение скорости (v_P или v_S) приводит к увеличению длины волны, чтобы удовлетворить уравнению. При реальном землетрясении частота источника фиксирована, поэтому волны распространяются с разной длиной волны в разных слоях горных пород в зависимости от их скорости.

Показывает ли этот симулятор, как мы определяем местоположение землетрясений?

Он показывает базовую концепцию. В реальности сейсмометры регистрируют времена прихода P и S волн. Поскольку P-волны всегда быстрее, чем дальше вы от эпицентра, тем больше временной интервал между их приходами. Этот симулятор наглядно объясняет эту разницу в скорости. Однако он не моделирует процесс триангуляции с использованием данных с нескольких станций или путь волн через сложные внутренние слои Земли.

Что такое 'движение частиц', которое показано? Я вижу волну или материал?

Вы видите схематичное представление отдельных частиц среды (например, горной породы), через которую проходит волна. Сами частицы лишь слегка колеблются вокруг фиксированной точки; они не перемещаются вместе с волной. Волна — это картина возмущения (сжатий или сдвигов), которая движется через материал, передавая энергию от частицы к частице. Анимированные точки делают это колебательное движение частиц видимым.

Сейсмические P и S волны (Схематично)

Продольное и поперечное движение частиц; ползунки v_P, v_S — без учёта слоистости Земли.

О модели

Сейсмические волны — это импульсы энергии, распространяющиеся через Землю после таких событий, как землетрясения. Данный схематичный симулятор визуализирует два основных типа объёмных волн: P-волны (первичные) и S-волны (вторичные). Демонстрируемый ключевой физический принцип — различие между продольными и поперечными волнами. P-волны являются продольными: движение частиц параллельно направлению распространения волны, что создаёт чередующиеся сжатия и разрежения в материале. Их скорость, v_P, определяется модулем всестороннего сжатия (K) и модулем сдвига (μ) среды: v_P = √[(K + 4μ/3) / ρ], где ρ — плотность. S-волны являются поперечными: движение частиц перпендикулярно направлению распространения, что требует от материала способности сопротивляться сдвигу. Их скорость равна v_S = √(μ / ρ). Ключевое упрощение модели в том, что она не изображает слоистую Землю с меняющимися свойствами или преломление волн; она показывает распространение волн в однородной среде. С помощью ползунков для v_P и v_S студенты могут напрямую наблюдать, как изменение скорости волны влияет на длину волны при фиксированной частоте, закрепляя универсальное волновое соотношение v = fλ. Они учатся определять тип волны по движению частиц, понимать, почему S-волны не могут распространяться в жидкостях (где μ=0), и уяснять, почему P-волны всегда приходят первыми на сейсмограф, что позволяет проводить триангуляцию эпицентра.

Для кого: Учащиеся старших классов и студенты начальных курсов, изучающие геонауки или физику, в рамках тем о механике волн, строении Земли и сейсмологии.

Ключевые понятия

P-волна
S-волна
Продольная волна
Поперечная волна
Распространение волны
Сейсмическая скорость
Движение частиц
Модуль сдвига

Как это работает

Объёмные волны в упругой среде: P (продольные) — движение частиц вдоль луча; S (поперечные) — движение перпендикулярно (здесь показано в плоскости). v_P > v_S типично для горных пород. Это одномерная карикатура бегущей синусоиды на линии маркеров, а не модель слоистой Земли или поверхностные волны Рэлея.

Основные формулы

Продольная и сдвиговая поляризация; v_P, v_S зависят от среды (эскиз)

Часто задаваемые вопросы

Почему S-волны не могут проходить через жидкости, такие как внешнее ядро Земли?: S-волны являются сдвиговыми, то есть для их распространения материал должен сопротивляться поперечной силе сдвига. Жидкости (и газы) имеют нулевой модуль сдвига (μ=0); они текут, а не упруго возвращаются в исходное состояние. Поскольку формула скорости S-волн v_S = √(μ / ρ), при μ=0 скорость волны равна нулю, и волна не может распространяться. Это является ключевым доказательством жидкой природы внешнего ядра Земли.
Если я увеличу скорость волны с помощью ползунка, почему длина волны становится больше?: Симулятор поддерживает постоянную частоту (f) источника. Основное волновое уравнение v = fλ говорит нам, что скорость волны (v) и длина волны (λ) прямо пропорциональны при фиксированной частоте. Следовательно, увеличение скорости (v_P или v_S) приводит к увеличению длины волны, чтобы удовлетворить уравнению. При реальном землетрясении частота источника фиксирована, поэтому волны распространяются с разной длиной волны в разных слоях горных пород в зависимости от их скорости.
Показывает ли этот симулятор, как мы определяем местоположение землетрясений?: Он показывает базовую концепцию. В реальности сейсмометры регистрируют времена прихода P и S волн. Поскольку P-волны всегда быстрее, чем дальше вы от эпицентра, тем больше временной интервал между их приходами. Этот симулятор наглядно объясняет эту разницу в скорости. Однако он не моделирует процесс триангуляции с использованием данных с нескольких станций или путь волн через сложные внутренние слои Земли.
Что такое 'движение частиц', которое показано? Я вижу волну или материал?: Вы видите схематичное представление отдельных частиц среды (например, горной породы), через которую проходит волна. Сами частицы лишь слегка колеблются вокруг фиксированной точки; они не перемещаются вместе с волной. Волна — это картина возмущения (сжатий или сдвигов), которая движется через материал, передавая энергию от частицы к частице. Анимированные точки делают это колебательное движение частиц видимым.

Продолжите с близкими темами в этой категории — или все 37 в «Волны и звук».

Вся категория →

Школьные

Поперечные и продольные волны

Запустить симулятор

Сравнение типов волн и движения частиц в параллельном режиме.

НовоеШкольные

Скорость волны: струна и стержень

Запустить симулятор

v = √(T/μ) для струны и v ≈ √(E/ρ) для продольных волн в стержне.

НовоеШкольные

Конус Маха (Схематично)

Запустить симулятор

M = v/c > 1: Принцип Гюйгенса + конус sin μ = 1/M; не CFD-модель ударной волны.

ПопулярноеШкольные

Волна на струне

Запустить симулятор

Колебание одного конца, регулировка частоты и амплитуды. Стоячие волны и отражения.

НовоеШкольные

Групповая и фазовая скорость

Запустить симулятор

Биения двух волн: ω(k)=ck+αk²; v_g=Δω/Δk и v_p=ω̄/k̄; огибающая и несущая волна.

НовоеШкольные

Эффект Доплера

Запустить симулятор

Движущийся источник с изменением высоты тона через Web Audio API. Видимое сжатие волновых фронтов.

Сейсмические P и S волны (Схематично)

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы

Похожие симуляторы

Поперечные и продольные волны

Скорость волны: струна и стержень

Конус Маха (Схематично)

Волна на струне

Групповая и фазовая скорость

Эффект Доплера

Сейсмические P и S волны (Схематично)

О модели

Как это работает

Основные формулы

Часто задаваемые вопросы