Номер 3, страница 152 - гдз по физике 9 класс учебник Громов, Родина

Глава 4. Колебания и волны. Параграф 36. Сейсмические волны. Темы докладов - номер 3, страница 152.

Условие.

3. Землетрясение как волновой процесс.

Решение.

Землетрясение представляет собой сложный физический процесс, который по своей природе является волновым. Это подземные толчки и колебания земной поверхности, возникающие в результате внезапного высвобождения огромного количества энергии в земной коре или верхней мантии. Эта энергия распространяется от источника во все стороны в виде упругих волн, называемых сейсмическими волнами.

Источник и распространение волн

Место в недрах Земли, где происходит разрыв и смещение горных пород, называется очагом землетрясения или гипоцентром. Проекция гипоцентра на земную поверхность называется эпицентром. Именно из гипоцентра начинают распространяться сейсмические волны, перенося энергию землетрясения через толщу Земли и по её поверхности на огромные расстояния.

Типы сейсмических волн

Сейсмические волны, генерируемые землетрясением, делятся на два основных типа: объемные, распространяющиеся в толще Земли, и поверхностные, распространяющиеся вдоль её поверхности.

1. Объемные волны (Body waves)

Эти волны распространяются через всю толщу Земли от гипоцентра во всех направлениях. Существует два вида объемных волн:

• Продольные волны (P-волны, от англ. Primary — первичные): Это волны сжатия-растяжения. Частицы среды (горной породы) в них колеблются вдоль направления распространения волны, подобно звуковым волнам в воздухе. P-волны являются самыми быстрыми сейсмическими волнами (их скорость в граните составляет около 5.5-6 км/с) и первыми достигают сейсмических станций. Они могут проходить через твердые, жидкие и газообразные среды.

• Поперечные волны (S-волны, от англ. Secondary — вторичные): Это волны сдвига. Частицы среды в них колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. S-волны медленнее P-волн (их скорость примерно в 1.7 раза меньше) и приходят на сейсмостанцию вторыми. Важной особенностью S-волн является то, что они не могут распространяться в жидких и газообразных средах, так как в этих средах отсутствует упругость формы. Именно наблюдение за распространением S-волн позволило ученым установить, что внешнее ядро Земли находится в жидком состоянии.

2. Поверхностные волны (Surface waves)

Когда объемные волны достигают поверхности Земли, они генерируют поверхностные волны. Эти волны распространяются вдоль земной поверхности, и их энергия затухает с глубиной. Поверхностные волны обычно имеют большую амплитуду и более длинный период по сравнению с объемными, и именно они являются причиной большинства разрушений во время землетрясений.

• Волны Лява (L-волны, Love waves): Это поперечные горизонтальные волны. Частицы поверхности совершают колебания в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению распространения волны. Они вызывают резкое смещение грунта из стороны в сторону, что крайне разрушительно для фундаментов зданий.

• Волны Рэлея (R-волны, Rayleigh waves): Эти волны заставляют частицы на поверхности двигаться по эллиптическим траекториям в вертикальной плоскости, что похоже на движение волн на поверхности воды. Движение грунта происходит одновременно и вверх-вниз, и вперед-назад по направлению движения волны. Волны Рэлея обычно самые медленные из всех сейсмических волн, но часто обладают наибольшей амплитудой.

Регистрация и анализ волнового процесса

Сейсмические волны регистрируются специальными приборами — сейсмографами. Поскольку P-волны и S-волны распространяются с разной скоростью, разница во времени их прихода на сейсмическую станцию ($\Delta t = t_S - t_P$) прямо пропорциональна расстоянию до эпицентра землетрясения. Используя данные как минимум с трех сейсмических станций, можно точно определить местоположение эпицентра методом триангуляции.

Амплитуда зарегистрированных волн используется для определения магнитуды землетрясения (например, по шкале Рихтера), которая характеризует общее количество выделившейся в очаге энергии. Таким образом, анализ волновой картины, записанной сейсмографами, дает исчерпывающую информацию о явлении.

Таким образом, землетрясение — это классический пример волнового процесса, где энергия, высвободившаяся в очаге, переносится на большие расстояния посредством различных типов механических упругих волн, вызывая колебания земной поверхности и приводя к разрушениям.

Ответ: Землетрясение является волновым процессом, поскольку энергия, высвобождающаяся в его очаге (гипоцентре), распространяется в толще и по поверхности Земли в виде упругих сейсмических волн. Эти волны делятся на объемные (продольные P-волны и поперечные S-волны), распространяющиеся через недра планеты, и поверхностные (волны Лява и волны Рэлея), которые возникают при выходе объемных волн на поверхность и вызывают основные разрушения. Различные типы волн имеют разную скорость и характер колебаний частиц среды, что позволяет сейсмологам регистрировать их, а затем определять местоположение эпицентра, глубину очага и энергию (магнитуду) землетрясения.