A szeizmikus hullámok szemléltetése

Egy földrengés keletkezésekor a föld mélyén levő vető, vagy már meglevő gyengébb rész felszakad. Ez a felhasadás növekszik és terjed tova a földrengés során, míg a kőzetekben levő felhalmozódott feszültség ki nem oldódik. Felhalmozódott. A vető felhasadási sebessége kb. 2-3 km/sec. Végül a törés lelassul, majd megáll. A rengés erősségétől és a terület sajátosságaitól függ a vető melletti elcsúszás nagysága.

A földrengés pillanatában rugalmas hullámok szabadulnak fel, amik terjedési sebessége sokkal gyorsabb, mint a vető felhasadása. A rengéshullámok 3 fő típusa: P, S és a felületi hullámok. A P hullám érkezik be először, ami nyomáshullám, rövid ideig tartó rázkódás. Az S hullám sebessége kicsit lassabb, ez a nyíró hullámcsomag érkezik meg a P után, ami főleg vízszintes irányú rázkódása és tovább tart és kicsit erősebb is mint a P. A harmadikként érkező felületi hullám halad a leglassabban, de ez a legveszélyesebb. Gördülő jellegű mozgása a legnagyobb amplitúdójú hullám, és igen romboló. Két típusa van a Rayleigh és Love hullám. A hullámtípusok a kőzetrészecskék rezgési és a hullám haladási iránya szerint különböznek. Demonstrációk letölthetők a P S és felületi hullámok tulajdonságairól: demo:

 

A Rengéshullámok 3 fő típusának bemutatása gyerekekkel

Ezt a felvételt megnézve mindenki megjegyzi a P és S valamint felületi hullámok jellemzőit! slinky and kids A rengéshullámok 3 fő típusa: P, S és a felületi hullámok. A P hullám csak megráz egy rövid ideig és tovább halad. Az S hullám okozta vízszintes irányú rázkódása már tovább tart, és kicsit erősebb is. A harmadikként érkező felületi hullám halad a leglassabban, de ez a legveszélyesebb, legpusztítóbb. Gördülő jellegű mozgása a legnagyobb amplitúdójú hullám, ami igen romboló. A függőleges rázkódást jól viselik az épületek, de az oldalirányú rezgéseket kevésbé.

 A gyerekek a saját bőrükön tapasztalják, hogy a felületi hullámok a legpusztítóbbak!

 

 A P és S hullámok demonstrációja az egész osztály segítségével

A diákok négyféleképpen állnak egymás mellé: diákok mint szeizmikus hullám elemei:

  1. Egymás mögött kinyújtott megfeszített karral az előtte levő vállához kapaszkodva (P hullám szilárd közegben)
  2. Egymás mögött kinyújtott megfeszített karral, ami nem éri el az előtte levő vállát (P hullám folyadékban)
  3. Egymás mellett állva könyököket összekapcsolva (S hullám szilárd közegben)
  4. Egymás mellett állva könyököket csak összeérintve (S hullám folyékony közegben)

 

A szilárd és folyékony közeg másképp viselkedik

 

A következő dolgokat tudjuk demonstrálni:

  • A szeizmikus hullám a kőzetrészecskék rezgése, amit a föld belsejében keletkezett földrengések generálnak, és amik a föld mélyén keletkeznek.
  • Térhullámok a szeizmikus hullámok egyik fő csoportja, amik a föld belsejében terjednek. A felületi hullámok a föld felszínén terjednek.
  • Önkéntes bátor diákok segítenek (akár mindenki!) megragadják ez előttük levő vállát, és a könyöküket feszítsék ki! Minden diák 1 atomot képvisel, a karjuk pedig a kovalens kötést szemlélteti szilárd kőzetben, amik most mereven kötődnek egymáshoz.
  • P hullám azaz kompressziós hullám: a molekulák mozgása/rezgése ugyan olyan irányú, mint a hullám haladási iránya a kőzetben.
  • Az első részecskét érő hatás megfelel a törés létrejöttének, és az energia atomról atomra halad a kötésen keresztül, amik mereven kötik egymáshoz a molekulákat.
  • S hullám azaz nyíró hullám: könyökükkel kapcsolódnak a gyerekek, ez is szilárd anyagot jelképez. A molekulák mozgása/rezgése merőleges a hullám haladási irányára a kőzetben.
  • Ez is továbbítja az energiát: nyíró energia.
  • FOLYÉKONY KÖZEG. Csak kinyújtják a kezeket, de nem kapaszkodnak össze a diákok. Az atomok viszonylag közel vannak egymáshoz, de szabadon tudnak mozogni, kémiai kötés nincs közöttük. A P hullám esetében ugyanaz a válasz, azaz terjed szilárd, folyékony és gáz halmazállapotú anyagban is (hanghullámok).
  • S hullám nem terjed folyékony és gáz halmazállapotú közegben, mert nincs az anyag részecskéi között kémiai kötés.

AZ S HULLÁM NEM TERJED A FÖLD KÜLSŐ MAGJÁBAN. Ezt árulják el a rengéshullámok.

Egy másik demonstráció az osztály aktív részvételével: diákok és a rengéshullámok

 

A bolond rugó

A P és S hullámok természetét szemléltethetjük a bolond rugóval is! slinky

 

A hullámgép

Egy „hullámgép” segítségével egyszerűen nagyon látványos bemutatót tudunk készíteni: wave machine

Legalább 5 m hosszú ragasztó szalagra 5 cm-ként egyenletesen hurkapálcikát ragasszunk fel keresztben. Kb. a fele távolságig rakjunk gumimacikat a hurkapálca két szélére. Igyekezzünk jól kifeszíteni a szalagot a demonstrációhoz, csak ekkor működik a hullámgép. Mehet a kísérlet!

A hullámgép segítségével a rengéshullámok következő tulajdonságát tudjuk szemléltetni:

  • A szeizmikus hullám a kőzetrészecskék rezgése, amit a föld belsejében keletkezett földrengések generálnak
  • Az első pálcika megmozdításakor adott energia több méterre eljut.
  • A gumimacik fel-le mozgása mutatja hullám haladását.
  • Ha megemelünk 1 macit és megbillentjük, ez a mellette levőt is megmozgatja, és az a következőt és így végighalad a szalagon az energia csekély energia veszteséggel.
  • A rengéshullámok visszaverődnek a rétegek határán.
  • A pálcikát magasabbra billentve nagyobb energiát tudunk adni a hullámgépnek, amivel az amplitúdó megváltozik, de a hullám sebessége nem.
  • A hullám amplitúdója megváltozik onnan kezdve, ahol nincsenek a pálcikán gumimacik. Könnyebb pálcikák nagyobb amplitúdóval lengenek ki.

A szívószálakból összerakott másik hullámgép modell itt található: szívószálas hullámgép

Mi mindenre jó a szívószál!

 


Legetøj og BørnetøjTurtle