Frage:
Warum bewegen sich Tsunamis langsamer als Geräusche?
naught101
2014-04-16 13:54:33 UTC
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Tsunamis fahren im tiefen Ozean mit einer Geschwindigkeit von rund 800 Stundenkilometern.

Die Schallgeschwindigkeit unter Wasser beträgt ungefähr 5300 Stundenkilometer.

Beide Wellen sind Druckwellen, die im selben Medium arbeiten. Warum ist einer so viel schneller als der andere?

Einer antworten:
#1
+22
Semidiurnal Simon
2014-04-16 17:06:42 UTC
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Tsunamis und Schallwellen sind verschiedene Arten von Wellen - eine ist eine Transversalwelle und die andere ist eine Längswelle. Schauen wir uns die Faktoren an, die die Geschwindigkeit jedes einzelnen beeinflussen.

Tsunami - Transversalwelle im flachen Wasser

Eine Transversalwelle ist einer der Typen, an die wir von Tag zu Tag denken - wo die Schwingungsrichtung senkrecht zur Fahrtrichtung ist. Die Geschwindigkeit, mit der sich eine Transversalwelle bewegt, hängt von verschiedenen Faktoren ab, abhängig von der Wassertiefe. Zu diesem Zweck wird "flaches Wasser" normalerweise als vorhanden definiert, wenn die Tiefe < Wellenlänge / 20 beträgt. Die Wellenlänge eines Tsunamis ist sehr groß - in der Größenordnung von Hunderten von Kilometern -, sodass für einen Tsunami jeder Teil der Weltmeere als "seichtes Wasser" gilt.

Im seichten Wasser die Geschwindigkeit von a Die Transversalwelle kann beschrieben werden durch:

$$ V = \ sqrt {gD} $$ span>

wobei $ V $ span> ist die Geschwindigkeit der Welle, $ D $ span> ist die Tiefe und $ g $ span> ist die Erdbeschleunigung (9,81 m / s 2 sup>). Im Falle eines Tsunamis in der Tiefsee können wir bei einer Tiefe von 4 km eine Geschwindigkeit von 198 m / s oder 713 km / h schätzen. Das ist eine Berechnung auf der Rückseite einer Hüllkurve, aber sie ähnelt der von Ihnen in der Frage angegebenen 800 km / h, mit der ich zufrieden bin.

Schall - Longitudinalwelle

In einer Longitudinalwelle ist die Richtung der Schwingung parallel zur Bewegungsrichtung - dh es ist eine Schwingung in der Dichte des Materials. Wir sehen nicht viele davon im Alltag, aber ein gutes Beispiel ist die Welle, die sich schleichend nach unten bewegt, wenn Sie die Enden aufeinander zu oder voneinander weg ziehen.

Picture of a slinky showing a longitudinal wave () Bildquelle)

Schall in einer Flüssigkeit oder einem Gas ist ein Beispiel für eine Longitudinalwelle. Die Geschwindigkeit einer Longitudinalwelle hängt auf folgende Weise von der Steifigkeit und der Dichte des Materials ab, durch das sie läuft:

$$ c = \ sqrt { \ frac {K} {\ rho}} $$ span>

wobei $ c $ span> die Geschwindigkeit der Welle $ K $ span> ist der Volumenmodul der Flüssigkeit und $ \ rho $ span> ist ihre Dichte. Beachten Sie, dass es keine Abhängigkeit von der Tiefe der Flüssigkeit gibt (in diesem Fall vom Meer) - Schall einen Meter unter der Oberfläche eines Salzwasserschwimmbades würde sich ungefähr mit der gleichen Geschwindigkeit bewegen wie Schall einen Meter unter der Oberfläche eines Ozeans.

Zusammenfassung

Schallwellen und Tsunami-Wellen breiten sich über verschiedene Mechanismen aus und somit beeinflussen verschiedene Dinge ihre Geschwindigkeit.

Gute Antwort. Es wäre ausgezeichnet, wenn es eine weitere Erklärung dafür gäbe, warum die beiden Gleichungen verwendet werden - vielleicht nicht die vollständige Ableitung, aber etwas, das darauf hinweist, wie sie entdeckt wurden, vielleicht?
@naught101 Guter Punkt. Ich glaube jedoch nicht, dass mein eigenes Fachwissen ausreicht, um dies mit Zuversicht zu tun. Änderungen sind willkommen, wenn jemand mit mehr Fachwissen vorbeikommt!
Dies könnte weiter ausgebaut, wenn nicht korrigiert werden, indem bei einem Tsunami eine Nettobewegung von Wasser stattfindet, anstatt wie bei normalen Wellen nur eine Nettoenergieübertragung. Schallwellen sind dann wiederum longitudinale Druckwellen, und in diesem Fall gelten tatsächlich unterschiedliche Wellengeschwindigkeiten.
@hugovdberg das ist wirklich außerhalb meines Fachgebiets, also sind Verbesserungen sehr willkommen! Bitte zögern Sie nicht, die Antwort zu bearbeiten! (oder natürlich eine neue Antwort geben)
@hugovdberg: Das würde mich interessieren. Ich verstehe nicht, wie es zumindest langfristig (Wochen +) zu einer Nettobewegung von Wasser kommen kann. Ist es nicht nur eine Frage des Maßstabs?
Kurz gesagt, Tsunamis werden normalerweise durch eine Nettobewegung des Meeresbodens verursacht, die sich typischerweise über eine große Fläche um mehrere Meter erhebt. Das verdrängte Wasser wölbt sich über diesen Bereich und fließt dann seitwärts als sehr flache Welle (in der Größenordnung von Zentimetern, kaum wahrnehmbar über den normalen Windwellen), die erst dann an Höhe zunimmt, wenn diese Wasserwand auf den Festlandsockel trifft. Da der Meeresboden jedoch nicht in seine Ausgangsposition zurückkehrt, wird auch das Wasser nicht zurückkehren.
Hmm. Sicherlich sollte ein Anstieg des Meeresbodens irgendwann ein Gleichgewicht mit einem (sehr) geringen Anstieg des Wasserspiegels über dem Meeresbecken (oder möglicherweise nur um diesen Teil des Meeresbodens) erreichen, was das verlorene Volumen widerspiegelt. Ich hatte immer angenommen, dass die "Bewegung des Wassers" im Landesinneren durch einen Tsunami einfach eine Wellenpartikelbewegung in großem Maßstab war. Vielleicht sollte dies eine eigenständige Frage sein ... @naught101?
[Verwandte Diskussion zu Physics SE.] (Http://physics.stackexchange.com/questions/80226/why-do-longitudinal-waves-travel-faster-than-transverse-waves)


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