Творческое задание, страница 174 - гдз по физике 9 класс учебник Закирова, Аширов

Подготовьте сообщение по темам (на выбор):

1. «Морские волны, их происхождение и свойства»

2. «Сейсмические волны»

3. «Основные характеристики взрывной волны»

1. «Морские волны, их происхождение и свойства».

Морские волны представляют собой колебательные движения водной поверхности. Их возникновение и характеристики зависят от множества факторов.

Происхождение морских волн:

Основными причинами возникновения волн являются:

• Ветровые волны: Это наиболее распространенный тип волн. Они образуются в результате передачи энергии от ветра к поверхности воды. Параметры ветровых волн зависят от скорости ветра, времени его действия и протяженности водного пространства, на котором дует ветер (разгон волны).

• Цунами: Это длинные гравитационные волны, возникающие в результате масштабных возмущений в толще воды, таких как подводные землетрясения, извержения вулканов или оползни. В открытом океане цунами имеют небольшую высоту (до 1 метра), но огромную длину (сотни километров) и скорость. При подходе к мелководью их высота резко возрастает, приводя к катастрофическим последствиям.

• Приливные волны: Возникают под действием гравитационных сил притяжения Луны и Солнца. Эти волны вызывают периодические подъемы и спады уровня моря (приливы и отливы) по всему Мировому океану. Период таких волн составляет около 12 часов 25 минут.

• Сейши (стоячие волны): Возникают в замкнутых или полузамкнутых водоемах (озерах, заливах, бухтах) в результате резонанса под действием ветра, изменений атмосферного давления или сейсмических явлений.

Свойства и характеристики морских волн:

• Высота волны ($h$): Вертикальное расстояние от самой нижней точки волны (подошвы) до ее самой высокой точки (гребня).

• Длина волны ($\lambda$): Горизонтальное расстояние между двумя соседними гребнями или подошвами.

• Период волны ($T$): Промежуток времени, за который два последовательных гребня проходят через фиксированную точку в пространстве.

• Скорость волны ($c$): Скорость перемещения гребня волны. Она связана с длиной и периодом соотношением $c = \lambda / T$.

• Крутизна волны: Отношение высоты волны к ее длине ($h / \lambda$). Когда крутизна достигает критического значения (примерно 1/7), гребень волны становится неустойчивым и обрушивается.

Важно отметить, что при распространении волн происходит перенос энергии, а не массы воды. Частицы воды совершают колебательные движения по круговым или эллиптическим орбитам, оставаясь практически на том же месте.

Ответ: Морские волны — это колебания водной поверхности, вызываемые в основном ветром, сейсмической активностью (цунами) или гравитационным воздействием Луны и Солнца (приливы). Их ключевыми свойствами являются высота, длина, период и скорость, которые определяют их поведение и энергию.

2. «Сейсмические волны».

Сейсмические волны — это упругие волны, распространяющиеся в толще Земли от очагов землетрясений, мощных взрывов, извержений вулканов и других источников импульсных воздействий. Изучение этих волн позволяет получить информацию о внутреннем строении нашей планеты.

Сейсмические волны делятся на два основных типа: объемные и поверхностные.

Объемные волны (Body Waves):

Эти волны распространяются от очага землетрясения через всю толщу Земли во всех направлениях. Они первыми достигают сейсмических станций.

• Продольные волны (P-волны, от англ. Primary — первичные): Это волны сжатия-растяжения. Частицы среды, через которую проходит волна, колеблются вдоль направления ее распространения. P-волны являются самыми быстрыми из всех сейсмических волн (в земной коре их скорость составляет около 6-8 км/с). Они могут распространяться в твердых телах, жидкостях и газах. Именно поэтому они проходят через жидкое внешнее ядро Земли.

• Поперечные волны (S-волны, от англ. Secondary — вторичные): Это волны сдвига. Частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. S-волны медленнее P-волн (их скорость примерно в 1.7 раза меньше). Ключевой особенностью S-волн является их неспособность распространяться в жидких и газообразных средах, так как в этих средах отсутствует упругость сдвига. Этот факт позволил ученым сделать вывод о том, что внешнее ядро Земли является жидким.

Поверхностные волны (Surface Waves):

Эти волны возникают, когда объемные волны достигают свободной поверхности Земли. Они распространяются вдоль земной поверхности, подобно волнам на воде, и затухают с глубиной. Поверхностные волны имеют меньшую скорость, чем объемные, но обладают значительно большей амплитудой, что делает их наиболее разрушительными.

• Волны Лява (Love waves): Это поперечные волны, в которых частицы колеблются в горизонтальной плоскости перпендикулярно направлению распространения. Они вызывают горизонтальное "встряхивание" поверхности земли и являются одними из самых разрушительных для фундаментов зданий.

• Волны Рэлея (Rayleigh waves): Частицы в этих волнах движутся по эллиптическим траекториям в вертикальной плоскости, аналогично движению частиц в морских волнах. Это движение вызывает как вертикальные, так и горизонтальные смещения грунта, приводя к значительным разрушениям.

Ответ: Сейсмические волны — это упругие колебания, распространяющиеся в Земле, которые делятся на объемные (продольные P-волны и поперечные S-волны), проходящие через недра планеты, и поверхностные (волны Лява и Рэлея), распространяющиеся вдоль ее поверхности и вызывающие основные разрушения при землетрясениях.

3. «Основные характеристики взрывной волны».

Взрывная волна (часто называемая ударной волной) — это процесс распространения в среде скачкообразного изменения ее параметров (давления, плотности, температуры, скорости), вызванный быстрым выделением большого количества энергии в ограниченном объеме. Она является одним из основных поражающих факторов взрыва.

Взрывная волна в воздухе состоит из двух основных фаз:

• Фаза сжатия (положительная фаза): Начинается с резкого скачка давления на фронте ударной волны. Давление в этой фазе превышает атмосферное. За фронтом давление постепенно снижается, достигая атмосферного значения.

• Фаза разрежения (отрицательная фаза): Следует за фазой сжатия. В этой области давление становится ниже атмосферного. Длительность фазы разрежения обычно в несколько раз превышает длительность фазы сжатия, но абсолютное значение изменения давления в ней значительно меньше.

Основные характеристики взрывной волны:

• Избыточное давление во фронте ($ \Delta P_ф $): Это разность между максимальным давлением во фронте волны ($ P_ф $) и нормальным атмосферным давлением ($ P_0 $). Выражается формулой $ \Delta P_ф = P_ф - P_0 $. Этот параметр является основной характеристикой, определяющей разрушительное (прямое) действие волны на объекты. Измеряется в Паскалях (Па) или килопаскалях (кПа).

• Импульс фазы сжатия ($ I_+ $): Это интеграл избыточного давления по времени действия фазы сжатия $ \tau_+ $. Он характеризует метательное (отбрасывающее) действие волны. Объекты с большой парусностью и малой массой подвержены именно этому воздействию. Импульс определяется как $ I_+ = \int_{0}^{\tau_+} \Delta P(t) dt $ и измеряется в Паскаль-секундах (Па·с).

• Длительность фазы сжатия ($ \tau_+ $): Промежуток времени, в течение которого избыточное давление в данной точке пространства остается положительным. Эта характеристика важна для оценки реакции конструкций на нагрузку.

• Скоростной напор ($ \Delta P_{ск} $): Давление, создаваемое мощным потоком воздуха, который движется за фронтом ударной волны. Скоростной напор определяет ветровое воздействие волны и рассчитывается по формуле $ \Delta P_{ск} = \frac{\rho u^2}{2} $, где $ \rho $ — плотность воздуха в волне, а $ u $ — массовая скорость частиц воздуха.

• Скорость распространения фронта ($ U $): Скорость перемещения фронта ударной волны всегда превышает скорость звука в невозмущенной среде. По мере удаления от центра взрыва и затухания волны ее скорость уменьшается, асимптотически приближаясь к скорости звука.

Ответ: Основными характеристиками взрывной волны, определяющими ее поражающее действие, являются избыточное давление во фронте ($ \Delta P_ф $), отвечающее за разрушение, и импульс фазы сжатия ($ I_+ $), характеризующий метательное действие, а также длительность фазы сжатия ($ \tau_+ $) и скоростной напор.