机械波与电磁波的区别与应用.doc

《机械波与电磁波的区别与应用.doc》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、机械波与电磁波的区别与应用机械波与电磁波是波的两种主要形式，它们共有波的基本特性：比如说能发生反射、折射、干涉、衍射，都能够传播能量与信息，波速、波长、频率之间具有同样的关系。它们又有各自不同的地方：电磁波是一种横波，有偏振现象，机械波的形式可以是纵波也可以是横波、电磁波的传播不需要介质，机械波必须在介质中传播。由于两者性质的不同，他们在现实生活中也有着不同的应用。远距离的测量可以用到机械波和电磁波。在海上航行的船只在测量海底深度时会用到一个叫声纳的装置，它的工作原理是发出一束能量很强的超声波，超声波在到达海底后发生反射，测量

2、超声波发射到反射回船只的时间就能得到海底的深度。当测量地球到月球的距离时，就必须用到电磁波。将上述工作原理中的超声波改为电磁波就能合理地测量地球到月球之间的距离。超声波的穿透能力很强，在水中传播时损耗很小，所以能够较好地测量海底的深度，但是超声波不能在真空中传播，所以在测量地月距离时必须要用到电磁波。机械波的另一个主要应用表现在对地震波的测量和分析。地震波是由地震震源发出的在地球介质中传播的弹性波。地震发生时，震源释放出巨大的能量。震源区的介质在这股能量的驱动下发生剧烈的振动和破裂，这种振动构成一个波源。由于地球介质的连续性，

3、这种波动就向地球内部及其表层各处传播出去，形成了连续介质中的弹性波。地震震源施放出的能量沿振动波传播到地表，给地面的建筑物造成强烈的破坏。地震波主要分为两种，一种是实体波，一种是表面波。表面波只在地表传递，实体波能穿越地球内部。实体波在在地球内部传递，又分成P波和S波两种。P波为一种纵波，粒子振动方向和波前进方平行，在所有地震波中，前进速度最快，也最早抵达。P波能在固体、液体或气体中传递。S波前进速度仅次于P波，粒子振动方向垂直于波的前进方向，是一种横波。S波只能在固体中传递，无法穿过液态外地核。表面波又称L波，是由纵波与横波

4、在地表相遇后激发产生的混合波。表面波有低频率、高震幅和低频散的特性，只能沿地表传播，是造成建筑物强烈破坏的主要因素。根据对波动方程的分析可以得到：地震波的传播速度由下式决定。该式中E为介质的弹性模量，为介质的密度。P波的传播是由介质沿传播方向的振动导致的。这种振动的效果是介质体元体积的变化。当向岩石立方块表面施加一均匀压力时，其体积将减小，其单位体积的体积变化所需压力大小的度量称为体积弹性模量。P波的波速可以表示为：S波的传播是由垂直于传播方向的介质振动导致的。这种振动的效果是介质体元的剪切变形。在向岩石体元两相对的面上施加方

5、向相反的切向力时，这体元将受剪切而变形，而没有体积变化。其单位体积的剪切形变所需压力大小的度量称为剪切弹性模量。S波的波速可以表示为：地球岩石介质的平均体积弹性模量，平均切变弹性模量。由该数据我们可以得到：P波的传播速度比S波的传播速度快。利用P波与S波传播速度的差异，我们只需要测量出P波与S波抵达地震台站的时间差就能得到震中距：从上式中就能得到：研究地震波传播速度的另一个目的就是确定地球内部圈层的结构。地球的内部圈层结构是根据地震波来划分的。这幅图给出了地震波的概念，并在图面上显示了P波（乙）和S波（甲）的传播及其特点。地震

6、波传播的速度与其通过的介质性质有关。如果介质是均质体，地震波是等速直线传播的。当介质性质发生变化时，地震波传播速度会有变化，特别是地震波通过性质完全不同的两种物质的分解面时，波速会发生突然变化（突快、突慢或突然消失）。这样，地震波就可以带来地球内部的信息，利用这些信息就可以推测地球内部构造和物质状态。地震波在地球内部传播的速度一般随深度递增，但又不是匀速增加，通常在若干深度处发生突然变化，这种纵向上的不均匀性，说明地球内部物质成同心圈层构造。从图中可知：在地下约33千米处，地震波的纵波和横波的波速，由地表向下突然加大。这说明该

7、深度处上下物质在成份或状态上有改变，这个深度就是上下两种物质的分界面，我们称之为不连续面。1909年，奥地利地震学家莫霍洛维契奇根据地震资料，首先发现了这一不连续面，故命名为莫霍洛维契奇面，简称“莫霍界面”。在地下2900千米处，地震波横波突然消失，纵波的速度明显下降，说明此深度处地球内部物质也有明显差异，也称为不连续面。1914年，德国地震学者古登堡最早研究了这一不连续面，故命名为“古登堡界面”。莫霍界面和古登堡界面将地球内部划分为三个圈层：地壳、地幔、地核。地壳位于莫霍界面之外，是地球表面一层薄薄的，由岩石组成的坚硬外壳。

8、它厚薄不一，大陆部分比较厚，大洋部分比较薄，平均厚度约为17km。地幔位于莫霍界面与古登堡界面之间，厚度为2800多km。根据地震波波速的变化，把地幔分为上地幔与下地幔两层。在上地幔顶层存在一个软流层，一般认为这里可能是岩浆的主要发源地。地核以古登堡界面与地幔分界，厚度为34