Questão:
Por que os tsunamis viajam mais devagar que o som?
naught101
2014-04-16 13:54:33 UTC
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Tsunamis, no fundo do oceano, viajam a cerca de 800 quilômetros por hora.

A velocidade do som debaixo d'água é cerca de 5300 quilômetros por hora.

Ambas as ondas são ondas de pressão, operando no mesmo meio. Por que um é tão mais rápido que o outro?

Um responda:
#1
+22
Semidiurnal Simon
2014-04-16 17:06:42 UTC
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Os tsunamis e as ondas sonoras são diferentes tipos de onda - uma é transversal e a outra longitudinal. Vejamos os fatores que influenciam a velocidade de cada um.

Tsunami - onda transversal em águas rasas

Uma onda transversal é do tipo que pensamos no dia a dia - onde a direção de oscilação é perpendicular à direção de deslocamento. A velocidade com que uma onda transversal viaja depende de diferentes fatores, dependendo da profundidade da água. Para este efeito, "águas rasas" são geralmente definidas como as existentes onde a profundidade < comprimento de onda / 20. O comprimento de onda de um tsunami é muito grande - da ordem de centenas de quilômetros - então, para um tsunami, qualquer parte dos oceanos do mundo conta como "águas rasas".

Em águas rasas, a velocidade de um a onda transversal pode ser descrita por

$$ V = \ sqrt {gD} $$

onde $ V $ é a velocidade da onda, $ D $ é a profundidade e $ g $ é a aceleração da gravidade (9,81 m / s 2 ). No caso de um tsunami no fundo do oceano, então, se assumirmos uma profundidade de 4 km, podemos estimar uma velocidade de 198 m / s, ou 713 km / h. É um cálculo do verso do envelope, mas é suficientemente semelhante aos 800kph que você citou na pergunta que estou feliz com ele.

Som - onda longitudinal

Em uma onda longitudinal, a direção da oscilação é paralela à direção do percurso - ou seja, é uma oscilação na densidade do material. Não vemos muitos deles na vida cotidiana, mas um bom exemplo é a onda que se move para baixo se você empurrar as pontas na direção ou para longe uma da outra.

Picture of a slinky showing a longitudinal wave ( Fonte da imagem)

O som, em um líquido ou gás, é um exemplo de onda longitudinal. A velocidade de uma onda longitudinal depende da rigidez e da densidade do material por onde ela passa, da seguinte forma:

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

onde $ c $ é a velocidade da onda, $ K $ é o módulo a granel do fluido e $ \ rho $ é sua densidade. Observe que não há dependência da profundidade do fluido (neste caso, o mar) - o som um metro abaixo da superfície de uma piscina de água salgada se moveria aproximadamente à mesma velocidade que o som um metro abaixo da superfície do oceano.

Summary

As ondas sonoras e as ondas de tsunami se propagam por meio de mecanismos diferentes e, portanto, coisas diferentes influenciam suas velocidades.

Boa resposta. Seria excelente se houvesse mais alguma explicação de por que as duas equações são usadas - talvez não a derivação completa, mas algo indicando como elas foram descobertas, talvez?
@naught101 Bom ponto. No entanto, não acho que meu próprio nível de especialização seja suficiente para fazer isso com confiança. As edições são bem-vindas se alguém mais experiente vier!
Isso poderia ser expandido ainda mais, se não corrigido, com o fato de que em um tsunami há um movimento líquido de água, em vez de, como nas ondas normais, apenas transferência líquida de energia. As ondas sonoras, então, são ondas de pressão longitudinais e, nesse caso, de fato, aplicam-se diferentes velocidades de onda.
@hugovdberg isso está fora da minha área de especialização, então melhorias são muito bem-vindas! Sinta-se à vontade para propor uma edição à resposta! (ou faça uma nova resposta, é claro)
@hugovdberg: Eu estaria interessado em ver isso. Não entendo como pode haver um movimento líquido de água, pelo menos a longo prazo (semanas +). Não é apenas uma questão de escala?
Em suma, os tsunamis são normalmente causados ​​por um movimento líquido do fundo do oceano, que normalmente se eleva vários metros sobre uma grande área. Essa água deslocada incha sobre aquela área e então flui lateralmente como uma onda muito rasa (da ordem de centímetros, dificilmente perceptível sobre as ondas normais do vento) que só aumenta de altura assim que a parede de água atinge a plataforma continental. Mas, como o fundo do mar não retorna à sua posição inicial, a água também não.
Hmm. Certamente, uma elevação do fundo do oceano deveria eventualmente atingir o equilíbrio com um (muito) pequeno aumento no nível da água na bacia do oceano (ou possivelmente apenas em torno daquele pedaço do fundo do oceano), refletindo o volume perdido. Sempre presumi que o "movimento da água" para o interior de um tsunami era simplesmente o movimento de uma partícula de onda, em grande escala. Talvez esta seja uma questão em si ... @naught101?
[Discussão relacionada em Physics SE.] (Http://physics.stackexchange.com/questions/80226/why-do-longitudinal-waves-travel-faster-than-transverse-waves)


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