امواج ریلی (Rayleigh Waves)، در فیزیک (Physics)
انواع امواج (Wave)، در فیزیک (Physics) را در آموزش زیر شرح دادیم :
امواج ریلی (Rayleigh Waves) :
امواج ریلی نوعی از امواج سطحی لرزه ای هستند که در هنگام زلزله روی سطح زمین منتشر می شوند. این امواج توسط لرد ریلی (John William Strutt) در سال ۱۸۸۵ به صورت نظری پیش بینی شدند. حرکت زمین در این امواج شبیه به حرکت آب در امواج سطحی است، یعنی ذرات خاک و سنگ در یک مسیر بیضوی و در خلاف جهت حرکت موج (حرکت غلتشی) جابجا می شوند. این امواج معمولا کندتر از امواج حجمی (P و S) حرکت می کنند، اما به دلیل ماهیت سطحی و دامنه بزرگشان، یکی از مخرب ترین انواع امواج لرزه ای هستند.
در امواج ریلی، ذرات محیط در صفحه ای عمود بر سطح و شامل جهت انتشار موج حرکت می کنند. این حرکت ترکیبی از جابجایی قائم (بالا و پایین) و افقی (جلو و عقب) است، به طوری که یک مسیر بیضوی وارونه (retrograde elliptical) ایجاد می کند. یعنی وقتی موج از یک نقطه عبور می کند، ذره ابتدا به سمت بالا و سپس به سمت عقب (خلاف جهت موج) حرکت می کند. این الگوی حرکت شبیه حرکت یک نقطه روی چرخ دنده است. دامنه این امواج با افزایش عمق از سطح به سرعت کاهش می یابد و بیشتر انرژی آنها در عمق کمتر از یک طول موج متمرکز است.
سرعت امواج ریلی کمی کمتر از سرعت امواج S است و معمولا حدود ۰.۹ برابر سرعت امواج S در همان محیط می باشد. این سرعت به فرکانس نیز بستگی دارد (پدیده پاشندگی)، یعنی امواج با فرکانس های مختلف با سرعت های متفاوت حرکت می کنند. این ویژگی در ژئوفیزیک برای مطالعه ساختار پوسته زمین استفاده می شود. با تحلیل چگونگی تغییر سرعت امواج ریلی با فرکانس، می توان لایه بندی زمین و خواص مکانیکی هر لایه را تعیین کرد.
در زمین لرزه ها، امواج ریلی معمولا بزرگ ترین دامنه را روی لرزه نگاشت ها دارند و می توانند چندین بار دور زمین بچرخند. آنها عامل اصلی لرزش طولانی مدت زمین در هنگام زلزله هستند. به دلیل حرکت غلتشی، این امواج تأثیر مخربی بر سازه ها دارند، به ویژه ساختمان های بلند که با فرکانس تشدید پایین، می توانند به شدت با این امواج هماهنگ شوند. مهندسان زلزله برای طراحی سازه های مقاوم، اثر امواج ریلی را به دقت مطالعه می کنند.
امواج ریلی همچنین در آزمون های غیرمخرب (Non-Destructive Testing) کاربرد دارند. در این روش، با تولید امواج ریلی در سطح یک ماده (مثلا فلز یا بتن) و اندازه گیری سرعت و میرایی آنها، می توان عیوب سطحی و زیرسطحی را شناسایی کرد. این روش به ویژه برای بازرسی خطوط لوله، پل ها و قطعات هوافضا مفید است. همچنین در زمین شناسی مهندسی، از امواج ریلی برای تعیین سختی لایه های سطحی زمین قبل از ساخت و ساز استفاده می شود.
از دیدگاه ریاضی، امواج ریلی راه حل معادلات ناویر-کوشی برای محیط الاستیک با شرایط مرزی سطح آزاد هستند. میدان جابجایی در این امواج به صورت ترکیبی از توابع پتانسیل توصیف می شود. رابطه پاشندگی امواج ریلی در یک محیط همگن به صورت یک معادله جبری (معادله ریلی) به دست می آید که سرعت موج را بر حسب مدول های الاستیک و چگالی بیان می کند. این معادله نشان می دهد که امواج ریلی در هر محیط الاستیک جامدی وجود دارند.
