Valë sipërfaqësore

Valët sipërfaqësore janë ato në të cilat grimcat vibruese kanë lëvizje në dy dimensione, si valët që prodhohen kur një gur bie në një pellg ose liqen.

Kjo lloj vale ndodh në ndërfaqen ndërmjet dy mediave të ndryshme, të tilla si oqeani dhe ajri, ose midis sipërfaqes së Tokës dhe ajrit. Këto janë valë në të cilat grimcat përjetojnë tërthore të kombinuara me zhvendosje gjatësore, domethënë dy-dimensionale.

Për shembull, grimcat e ujit në sipërfaqen e oqeanit - valët - lëvizin në shtigje rrethore. Kur valët prishen në breg, mbizotërojnë zhvendosjet gjatësore dhe për këtë arsye algat e detit ose një copë druri që noton shihet duke lëvizur normalisht nga përpara prapa.

Valët lëvizin gjithashtu në sipërfaqen e Tokës në një mënyrë analoge me valët e detit. Ata udhëtojnë me një shpejtësi më të ngadaltë sesa valët që lëvizin brenda përmes vëllimit të tokës, por ato janë të afta të shkaktojnë rezonancë në ndërtesa me lehtësi më të madhe.

Meqenëse valët prodhojnë dridhje dhe bartin energji, ato kanë efekte shkatërruese gjatë tërmeteve.

 Llojet e valëve sipërfaqësore 
Çdo lloj vale, qoftë sipërfaqësore apo jo, është një zgjidhje e ekuacionit të valës, e cila zbatohet në pothuajse çdo lloj lëvizjeje valore, jo vetëm mekanike, siç përshkruhen shembujt, por edhe valët elektromagnetike, të cilat janë një valë të ndryshme, pasi ato janë tërthore.

Ekuacioni i valës, i cili merret duke marrë parasysh ligjin e dytë të Njutonit, është shkruar kështu:

Në ekuacionin e mësipërm, ose është funksioni i valës që varet nga tre koordinatat hapësinore x, Y Y z më shumë kohë t: u = u (x, y, z, t). Me tutje v është shpejtësia e shqetësimit. Ekuacioni i valës mund të deklarohet në sistemet e tjera koordinuese në varësi të gjeometrisë së kërkuar.

Për të gjetur zgjidhjen e ekuacionit, ajo përshtatet me kushtet e problemit, në të cilën, për shembull, gjeometria është e kufizuar dhe vetitë e mediumit përmes të cilit vendosen shqetësimet.

Ekzistojnë shumë lloje të valëve sipërfaqësore, të tilla si:

-Valet gravitacionale (valët e gravitetit) të tilla si valët e oqeanit të përshkruara më parë, në të cilat graviteti siguron një forcë rikthyese që lejon lëvizjen tërthore.

-Ellnjtja sipërfaqësore në një pellg, këtu është tensioni sipërfaqësor i ujit që ushtron si një forcë rivendosëse.

-Valet elastike sipërfaqësore që lëvizin në sipërfaqen e Tokës gjatë një tërmeti.

-Valet elektromagnetike, të cilat pavarësisht se janë transversale, mund të drejtohen në mënyrë adekuate për të lëvizur mbi një sipërfaqe.

-Disa lloje të valëve që prodhohen në telat e një kitare kur telat goditen me forcë.

 Valët elastike sipërfaqësore në sipërfaqen e tokës 
Gjatë zgjidhjes së ekuacionit të valës, zgjidhjet, siç kemi thënë, korrespondojnë me lloje të ndryshme të valëve. Kur shqetësimi lëviz në një mjedis të ngurtë siç është korja e tokës, është e mundur të bëhen disa supozime për të që thjeshtojnë procesin.

Prandaj, mediumi konsiderohet të jetë perfekt elastik, homogjene dhe izotropik, që do të thotë se vetitë e tyre janë të njëjta pavarësisht nga pozicioni ose drejtimi.

Duke pasur parasysh këtë, dy nga zgjidhjet e ekuacionit të valës në një medium elastik korrespondojnë me valët sipërfaqësore:

- Valët e Rayleigh, emëruar pas Lord Rayleigh (1842-1919), fizikani britanik i cili i përshkroi për herë të parë.

-Valet e Dashurisë, nga Augustus Love, gjeofizikan dhe matematikan britanik (1863-1940) i cili zhvilloi teorinë e këtyre valëve në punimet e tij mbi elasticitetin.

Në sizmikë, këto valë quhen Valët L, për t'i dalluar ato nga valët P dhe valët S, të dyja konsiderohen valë vëllimi (valët e trupit) të cilat janë gjithashtu një zgjidhje e ekuacionit të valës me kushtet e përshkruara më sipër. Valët P janë gjatësore dhe valët S janë tërthore.

 Shembuj të valëve sipërfaqësore 

 Valët e Rayleigh 
Në një valë Rayleigh, grimcat e ballit të valës dridhen në planin vertikal, prandaj thuhet se janë të polarizuara vertikalisht. Grimcat lëvizin në një elips, ndryshe nga valët në sipërfaqen e oqeanit, lëvizja e të cilave është rrethore, siç u tha në fillim (megjithëse afër bregdetit ato janë mjaft eliptike).

Boshti kryesor i elipsës është vertikal dhe boshti i vogël ndjek drejtimin e përhapjes, siç tregohet në figurë. Aty vërehet gjithashtu se lëvizja është retrograd, domethënë kryhet në drejtim anti-akrepave të orës.

Një ndryshim tjetër i rëndësishëm me valët e ujit është se valët Rayleigh mund të përhapen vetëm në media të ngurta, pasi ekziston një forcë qethjeje që nuk ndodh në lëngje.

Amplituda e zhvendosjes së grimcave zvogëlohet në mënyrë eksponenciale me thellësinë, pasi vala kufizohet në sipërfaqe, edhe pse në një tërmet me intensitet të lartë, valët mund të rrethojnë Tokën disa herë para se të zbehen plotësisht .

 Valët e Dashurisë 
Në valët e Dashurisë, grimcat janë të polarizuara horizontalisht dhe kanë një gamë të madhe të lëvizjes paralele me sipërfaqen. Ata lëvizin me një shpejtësi pak më të ngadaltë sesa valët Rayleigh, megjithëse shpejtësia në këto lloj valësh varet nga gjatësia e valës (vala shpërndarëse).

Që këto valë të përhapen, duhet të ketë një shtresë me shpejtësi të ulët të mbivendosur të paktën në një shtresë me shpejtësi më të lartë në mes. Ashtu si valët Rayleigh, edhe valët e Dashurisë të prodhuara gjatë një tërmeti mund të rrethojnë Tokën disa herë përpara se të shpërndajnë energjinë e tyre.

 Rrotull tokësore 
Commonshtë e zakonshme të gjesh këtë variant të valëve Rayleigh, të quajtur rrotull i bluar, në të dhënat e eksplorimit sizmik. Konsiderohet si zhurmë dhe duhet të shmanget, sepse për shkak të amplitudës së tij të madhe, ndonjëherë maskon reflektimet që kërkoni të shihni.

 Valët e oqeanit 
Në thellësi të madhe, valët e oqeanit janë valë gjatësore, si ato të zërit. Kjo do të thotë që drejtimi i përhapjes së tij është i njëjtë me drejtimin në të cilin grimcat dridhen.

Sidoqoftë, vala, afër sipërfaqes, ka përbërës gjatësorë dhe tërthorë, duke bërë që grimcat të ndjekin një rrugë pothuajse rrethore (shih figurën 2 djathtas).