IX predavanje
IX predavanje
IX predavanje
Create successful ePaper yourself
Turn your PDF publications into a flip-book with our unique Google optimized e-Paper software.
Prostiranje deformacije u elastičnoj sredini, talasna jednačina<br />
i rešenje talasne jednačine<br />
U ovom modulu ćemo proučiti sledeće<br />
pojmove:<br />
• Opšta definicija talasa<br />
• Mehanička tenzija u materijalu<br />
• Klasifikacija elastičnih<br />
deformacija<br />
• Tenzor napona<br />
• Opšti oblik Hooke-ovog zakona<br />
• Dinamički opis elestične<br />
deformacije<br />
• Jednačina mehaničkih talasa<br />
• Brzina prenošenja deformacije<br />
• Rešenje talasne jednačine<br />
• Kompleksni oblik rešenja<br />
• Analiza harmonijskog rešenja<br />
• Seizmički talasi i zemljotresi<br />
Probijanje zvučnog<br />
zida<br />
sotirobert: Building Physics, page 1
Pojam talasa, opšta definicija<br />
• U najopštijem slučaju: talas je sve što se kreće<br />
• Malo manje uopšteno: pomeranje nečega što se<br />
opisuje npr. funkcijom g(X) u prostoru je talas!<br />
• Sada to neka ograničimo na jednu dimenziju i<br />
neka posmatramo pomeranje funkcije g(X) u<br />
pravcu ose x i to u pozitivnom smeru!<br />
• Moramo uvesti vreme t kao promenjivu!<br />
• Da bi smo izrazili pomeraj funkcije u vremenu,<br />
argument X mora zavisiti od vremena<br />
• X=x-const·t<br />
• Tako postižemo da oblik funkcije ostaje<br />
nepromenjen a položaj funkcije se menja u<br />
vremenu<br />
• Ako je const·t za isto vreme t veća, talas se<br />
kreće brže<br />
• Tako ima smisla da konstantu nazovemo brzinom<br />
talasa, što daje:<br />
• g(X)=g(x-c·t)=f(t-x/c), gde je c brzina<br />
prostiranja talasa<br />
Teško, da ćemo od ove opšte<br />
definicije imati neku korist!<br />
g(x)<br />
g(x-1)<br />
g(x-2)<br />
g(x-3)<br />
0 1 2 3<br />
sotirobert: Building Physics, page 2<br />
x
Relativna<br />
promena dužine<br />
Elastične deformacije kao uzrok nastanka mehaničkih talasa<br />
u elastičnoj sredini - pojam elastične deformacije<br />
Sila koja prouzrokuje naprezanje<br />
1. Početno stanje 2. Napregnuto stanje<br />
ε=∆L/L<br />
U većini slučajeva i linearna i elastična<br />
oblast je ograničena<br />
F<br />
F<br />
ε<br />
3. Nenapregnuto stanje<br />
Elastična znači reversibilna!<br />
Linearna<br />
Elastična deformacija<br />
Nelinearna<br />
Elastična deformacija<br />
sotirobert: Building Physics, page 3
τ= F s<br />
S<br />
Smicanje<br />
Tangencijalni<br />
Napon<br />
(N/m 2 )<br />
Pojmovi smicanja i normalnog napona – jednodimenziona analiza<br />
Linearna i elastična oblast<br />
σ<br />
σ= F n<br />
S<br />
Normalno<br />
naprezanje<br />
Normalni<br />
Napon<br />
(N/m 2 )<br />
Nelinearna i elastična oblast<br />
p f<br />
Nelinearna i neelastična oblast<br />
~0.2%<br />
Površina: S<br />
ε<br />
Zavisnost<br />
napona od<br />
relativne<br />
promene neke<br />
dimenzije tela<br />
Fs<br />
F<br />
Fn<br />
Tačka kidanja<br />
Fn<br />
U ovoj oblasti važi<br />
linearna zavisnost<br />
između napona i<br />
relativnog izduženja<br />
F<br />
Fs<br />
Linearni<br />
moduo<br />
elastičnosti ili<br />
Young-ov<br />
moduo<br />
ε = ∆L/<br />
∆L<br />
Θ<br />
Θ<br />
=<br />
L<br />
Moduo smicanja<br />
1<br />
E<br />
Hook-ov zakon:<br />
1<br />
ε = ⋅σ<br />
E<br />
sotirobert: Building Physics, page 4<br />
s<br />
⋅τ
σ =<br />
→<br />
Opšti opis mehaničke tenzije u materijalu pomoću tenzora napona<br />
→<br />
d F<br />
dS<br />
∧<br />
→<br />
σ = σ ⋅ n<br />
→d<br />
=<br />
⎛ σ<br />
⎜<br />
⎜σ<br />
⎜<br />
⎝σ<br />
→<br />
F<br />
11<br />
21<br />
31<br />
= σ ⋅dS<br />
σ<br />
σ<br />
σ<br />
12<br />
22<br />
32<br />
Tenzor napona je<br />
simetričan, što proizilazi<br />
iz uslova ravnoteže za<br />
posmatranu elementarnu<br />
zapreminu (M=0)<br />
σ<br />
σ<br />
σ<br />
σ →<br />
13<br />
23<br />
33<br />
⎞ ⎛ n<br />
⎟ ⎜<br />
⎟ ⋅ ⎜ n<br />
⎟ ⎜<br />
⎠ ⎝ n<br />
x<br />
y<br />
z<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
=<br />
⎛ σ<br />
∧ ⎜<br />
σ = ⎜σ<br />
⎜<br />
⎝σ<br />
11<br />
21<br />
31<br />
∧ ⎡ ⎤<br />
⎢<br />
σ<br />
⎣<br />
⎥<br />
⎦<br />
⎛ σ 1<br />
⎜<br />
⎜σ<br />
2<br />
⎜<br />
⎝ σ 3<br />
ij<br />
σ<br />
σ<br />
σ<br />
=<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
12<br />
22<br />
32<br />
∧ ⎡ ⎤<br />
⎢<br />
σ<br />
⎣<br />
⎥<br />
⎦<br />
σ<br />
σ<br />
σ<br />
ji<br />
σ →<br />
13<br />
23<br />
33<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
n -jedinični vektor površine<br />
n →<br />
dS<br />
( x,<br />
y,<br />
z)<br />
Zareminske sile se zanemaruju!<br />
Stanje deformacije,<br />
mehanička tenzija se<br />
opisuje tenzorskom<br />
veličinom u tački (x,y,z) i<br />
u njegovoj neposrednoj<br />
okolini, npr. i na<br />
elementarnoj površini dS<br />
sotirobert: Building Physics, page 5
Relativni položaj tačke Q je<br />
rezultat: TRANSLACIJE,<br />
ROTACIJE i DEFORMACIJE<br />
Iz prethodne analize smo<br />
videli da se tenzija unutar<br />
tela može opisti sa šest<br />
nezavisnih elemenata<br />
tenzora napona<br />
⎛σ<br />
⎜<br />
= ⎜σ<br />
⎜<br />
⎝σ<br />
31<br />
σ<br />
32<br />
σ ⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
σ ⎟<br />
33⎠<br />
Opšti oblik Hooke-ovog zakona<br />
∧<br />
ij<br />
ji<br />
11 12 13<br />
∧<br />
σ 21 σ22<br />
σ ε = ⎜ε21<br />
ε22<br />
ε23⎟<br />
23<br />
Neka proizvoljna tačka P tela<br />
→<br />
σ<br />
Jedinični tenzor<br />
∧<br />
→<br />
σ = C ⋅ ε<br />
⎛ε<br />
⎜<br />
⎜<br />
⎝ε<br />
11<br />
31<br />
⎡ ⎤<br />
⎢<br />
C<br />
⎣<br />
⎥<br />
⎦<br />
∧ ∧ ∧ ⎛ ⎞<br />
∆ r ' = ⎜ I + Ω + ε ⎟ ⋅ ∆ r<br />
⎝ ⎠<br />
∧ ⎡ ⎤<br />
⎢<br />
Ω<br />
⎣<br />
⎥<br />
⎦<br />
ε<br />
ε<br />
ij<br />
12<br />
32<br />
⎡ ∧<br />
=<br />
ε<br />
ε<br />
⎤<br />
⎢<br />
ε<br />
⎣<br />
⎥<br />
⎦<br />
∧ ⎡<br />
− Ω<br />
13<br />
33<br />
ij<br />
∧ ⎡ ⎤<br />
⎢<br />
C<br />
⎣<br />
⎥<br />
⎦<br />
⎢<br />
⎣<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
=<br />
⎤<br />
⎥<br />
⎦<br />
ji<br />
∧ ⎡ ⎤<br />
⎢<br />
ε<br />
⎣<br />
⎥<br />
⎦<br />
1 ⎛<br />
⎜<br />
∂u<br />
2 ⎜<br />
⎝ ∂x<br />
i<br />
j<br />
=<br />
+<br />
∧ ⎡ ⎤<br />
⎢<br />
ε<br />
⎣<br />
⎥<br />
⎦<br />
∂u<br />
∧<br />
=<br />
Uopšteni koeficijenti<br />
elastičnosti. Ima<br />
Vektori sa 6 komponenata! ij<br />
ji najviše 21 nezavisnih<br />
elemenata!<br />
∂x<br />
i<br />
j<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
z<br />
x<br />
r →<br />
Q<br />
P<br />
∆r<br />
u →<br />
r →<br />
'<br />
P '<br />
se pomeri u tačku P’. Vektor<br />
pomeraja je vektor u, dok novi<br />
vektor položaja je r’.<br />
sotirobert: Building Physics, page 6<br />
Q '<br />
∆r'<br />
Relativni položaj tačke Q u<br />
odnosu na tačku P je ∆r, dok<br />
posle pomeranja taj vektor je<br />
∆r’<br />
y
⎛ σ<br />
∧ ⎜<br />
σ = ⎜σ<br />
⎜<br />
⎝σ<br />
→<br />
σ =<br />
∧<br />
Opšti oblik Hooke-ovog zakona za homogena i izotropna tela<br />
11<br />
21<br />
31<br />
→<br />
C ⋅ ε →<br />
U slučaju homogene i izotropne sredine<br />
σ<br />
σ<br />
σ<br />
12<br />
22<br />
32<br />
⎛ σ I<br />
⎜<br />
⎜ σ II<br />
⎜<br />
⎝σ<br />
III<br />
σ<br />
σ<br />
σ<br />
Posle dijagonalizacije<br />
tenzora napona<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
13<br />
23<br />
33<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎛ C<br />
⎜<br />
= ⎜ C<br />
⎜<br />
⎝ C<br />
11<br />
21<br />
31<br />
C<br />
C<br />
C<br />
12<br />
22<br />
32<br />
⎧σ<br />
I = σ I ( σ II ) ⎫<br />
⎨<br />
⎬ → C12<br />
= C13<br />
⎩σ<br />
I = σ I ( σ III ) ⎭<br />
⎧σ<br />
I = σ I ' ( σ I ) ⎫<br />
⎪<br />
⎪<br />
⎨σ<br />
II = σ I ' ( σ II ) ⎬ → C11<br />
= C<br />
⎪<br />
III I ' ( III ) ⎪<br />
⎩σ<br />
= σ σ ⎭<br />
C<br />
C<br />
C<br />
13<br />
23<br />
33<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟ ⋅<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎛ ε I<br />
⎜<br />
⎜ ε II<br />
⎜<br />
⎝ ε III<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
=<br />
22<br />
C<br />
=<br />
21<br />
C<br />
=<br />
33<br />
C<br />
23<br />
=<br />
C<br />
Dva nezavisna<br />
koeficijenta<br />
elastičnosti: C 11 i C 12<br />
Možemo svesti na<br />
E ,<br />
E<br />
s<br />
31<br />
=<br />
C<br />
32<br />
sotirobert: Building Physics, page 7
y<br />
S<br />
( 0,<br />
0,<br />
0)<br />
z<br />
F<br />
Kontrakcija poprečne dimenzije usled istezanja<br />
x<br />
∆ x, ∆y<br />
∆<br />
x<br />
∆z<br />
Neka su dimenzije šipke (x,y,z) u kordinatnom sistemu<br />
i neka je sila koja izdužuje šipku je F<br />
∆z 1<br />
=<br />
z E<br />
∆y<br />
y<br />
⋅<br />
F<br />
S<br />
∆z<br />
σ<br />
− µ = − µ<br />
z E<br />
x z<br />
=<br />
Eksperimentalna činjenica<br />
=<br />
Iz ovoga sledi da u<br />
opštem slučaju promena<br />
dimenzije zavisi i od<br />
dejstva poprečnih sila<br />
Poisson-ov koeficijent:<br />
izražava meru promene<br />
poprečne dimenzije<br />
usled istezanja<br />
∆x<br />
x<br />
∆y<br />
y<br />
∆z<br />
z<br />
0 ≤ µ ≤<br />
1<br />
= σ x<br />
E<br />
1<br />
− µ<br />
E<br />
1<br />
= σ y<br />
E<br />
1<br />
− µ<br />
E<br />
1 1<br />
= σ z − µ<br />
E E<br />
1<br />
2<br />
( σ + σ )<br />
( σ + σ )<br />
( σ + σ )<br />
sotirobert: Building Physics, page 8<br />
y<br />
x<br />
x<br />
z<br />
z<br />
y
p −<br />
pritisak<br />
σ →<br />
Prilikom povećanja<br />
pritiska dolazi do<br />
smanjenja zapremine<br />
S<br />
Koeficijent stišljivosti<br />
(kompresioni koeficijent)<br />
Kompresija elastičnog tela<br />
dV<br />
V<br />
= −κ<br />
⋅<br />
dV<br />
dp<br />
p<br />
σ →<br />
dV<br />
V<br />
Moduo stišljivosti (Moduo<br />
kompresije)<br />
=<br />
dS<br />
−<br />
1<br />
K<br />
dp<br />
sotirobert: Building Physics, page 9<br />
⋅
Veza između koeficijenata koji karakterišu elastičnu sredinu<br />
⎛ σ I ⎞ ⎛ 2µ<br />
'−λ<br />
'<br />
→ ∧ → ⎜ ⎟ ⎜<br />
σ = C ⋅ ε → ⎜ σ II ⎟ = ⎜ λ '<br />
⎜ ⎟ ⎜<br />
⎝σ<br />
III ⎠ ⎝ λ '<br />
E<br />
=<br />
µ '<br />
( 2 µ '+<br />
3λ<br />
')<br />
µ '+<br />
λ '<br />
E s<br />
=<br />
2<br />
⋅<br />
E<br />
K<br />
λ '<br />
2µ<br />
'−λ<br />
'<br />
λ '<br />
=<br />
( 1 + µ )<br />
λ ' ⎞<br />
⎟<br />
λ ' ⎟ ⋅<br />
2µ<br />
'−λ<br />
'⎟<br />
⎠<br />
2 µ '+<br />
3λ<br />
'<br />
3<br />
⎛ ε I<br />
⎜<br />
⎜ ε II<br />
⎜<br />
⎝ ε III<br />
K<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎟<br />
⎠<br />
µ<br />
=<br />
2<br />
λ '<br />
λ’,µ’ – tzv.Lamé-ovi<br />
koeficijenti<br />
= = µ '<br />
( µ '+<br />
λ ')<br />
E<br />
3 ⋅ −<br />
( 1 2 µ )<br />
Es<br />
sotirobert: Building Physics, page 10
Premeštanje mehaničke deformacije u elastičnoj sredini - TALAS<br />
EXPERIMENT: Udarimo kraj jedne metalne šipke čekićem<br />
Sada neka posmatramo slučaj kada se deformacija menja<br />
ravnomerno duž jedne dimenzije materijala, tako da imamo<br />
periodična mesta maksimalnog zgušnjavanja i maksimalnog<br />
razređivanja molekula<br />
Mesta maksimalnog<br />
zgušnjavanja<br />
Mesta maksimalnog razređivanja<br />
Primer stanja tenzije u<br />
jednoj metalnoj šipki u<br />
jednom trenutku: t=t<br />
sotirobert: Building Physics, page 11
Dinamički opis mehaničke tenzije u materijalu<br />
Jednačina longitudinalnog talasatalasa (jednodimenzioni slučaj)<br />
ξ Deformacija ξ<br />
x na mestu: x<br />
x + dx<br />
dx<br />
x x+dx<br />
⎛ ∂ξ<br />
⎞<br />
F ( x)<br />
= S ⋅ E ⋅ ⎜ ⎟<br />
⎝ ∂x<br />
⎠<br />
2<br />
dF ( x)<br />
⎛ ∂ ξ ⎞<br />
= S ⋅ E ⋅<br />
dx ⎜<br />
x ⎟ 2<br />
⎝ ∂ ⎠<br />
x<br />
x<br />
=<br />
dm ⋅ a<br />
dx<br />
ε =<br />
Deformacija na<br />
mestu: x+dx<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
∂ξ<br />
⎞<br />
⎟<br />
∂x<br />
⎠<br />
x<br />
=<br />
Relativna promena<br />
dužine dx<br />
Uticaj poprečnih napona na<br />
izduženje u pravcu x ne<br />
uzimamo u obzir: dugačak<br />
štap sa jasno definisanom<br />
granicom!!<br />
ξ<br />
x + dx<br />
− ξ x<br />
dx<br />
Jednačina dinamike za masu<br />
(dm/dx) na mestu x<br />
sotirobert: Building Physics, page 12
dF ( x)<br />
dx<br />
Dinamički opis mehaničke tenzije u materijalu<br />
Jednačina longitudinalnog talasatalasa (jednodimenzioni slučaj)<br />
ξ Deformacija ξ<br />
x na mestu: x<br />
x + dx<br />
dx<br />
x x+dx<br />
Deformacija na<br />
mestu: x+dx<br />
2<br />
2<br />
2<br />
⎛ ∂ ξ ⎞ dm ⋅ a ρ ⋅ S ⋅ dx ⎛ ∂ ξ ⎞ ⎛ ∂ ξ ⎞<br />
= S ⋅ E ⋅ ⎜<br />
⎟ = = ⎜<br />
⎟ = ρ ⋅ S ⋅ ⎜<br />
⎟<br />
2<br />
2<br />
2<br />
⎝ ∂x<br />
⎠ dx dx ⎝ ∂t<br />
⎠ ⎝ ∂t<br />
⎠<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
∂<br />
∂<br />
2<br />
ξ ⎞<br />
⎟ 2<br />
⎠<br />
x<br />
x x<br />
=<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
1<br />
E ⎞<br />
⎟<br />
ρ ⎠<br />
⎛<br />
⋅ ⎜<br />
⎝<br />
2<br />
∂ ξ ⎞<br />
⎟ 2<br />
∂t<br />
⎠<br />
Talasna jednačina –<br />
longitudinalnih talas: kretanje<br />
čestica u pravcu prostiranja<br />
sotirobert: Building Physics, page 13
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
∂<br />
2<br />
Provera rešenja za jednodimenzioni slučaj i za slučaj sferne simetrije<br />
ξ ⎞<br />
⎟ 2<br />
⎠<br />
x x<br />
2<br />
f<br />
2<br />
x<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
2 ⎛ ∂ f<br />
⎜ 2<br />
⎝ ∂t<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
∂<br />
∂<br />
x<br />
2<br />
f<br />
2<br />
a<br />
=<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
=<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
=<br />
1<br />
c<br />
2<br />
1<br />
c<br />
=<br />
2<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
⋅ ⎜<br />
⎝<br />
⎛<br />
⋅ ⎜<br />
⎝<br />
∂<br />
∂<br />
2<br />
∂ ξ ⎞<br />
⎟ 2<br />
∂t<br />
⎠<br />
∂<br />
∂<br />
2<br />
f<br />
2<br />
a<br />
∂<br />
∂<br />
2<br />
f<br />
2<br />
a<br />
2<br />
f<br />
2<br />
a<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
x<br />
ξ ( x , t)<br />
= f ( t ∓ ) = f ( a)<br />
c<br />
1<br />
c<br />
2<br />
∂<br />
�<br />
ξ ( r , t)<br />
= ξ ( r,<br />
t)<br />
ξ ( r,<br />
t)<br />
2<br />
∂ t<br />
2<br />
→<br />
ξ ( r , t)<br />
1 ∂<br />
=<br />
r ∂ r<br />
= ξ ( r,<br />
t)<br />
=<br />
2<br />
2<br />
f<br />
( r ⋅ξ<br />
( r,<br />
t)<br />
)<br />
( t ±<br />
Sferni talas: amplituda opada sa rastojanjem, a<br />
intenzitet sa kvadratom rastojanja od izvora<br />
r<br />
r<br />
c<br />
Ravni talas<br />
)<br />
sotirobert: Building Physics, page 14
Trodimenziona opšta diferencijalna jednačina talasa i rešenje<br />
⎛<br />
⎜<br />
⎝<br />
∂<br />
∂<br />
2<br />
ξ ⎞<br />
⎟ 2<br />
⎠<br />
Promene elongacije duž<br />
kordinatnih pravaca<br />
⎛<br />
+ ⎜<br />
⎝<br />
2<br />
∂ ξ ⎞<br />
⎟ 2<br />
∂y<br />
⎠<br />
⎛<br />
+ ⎜<br />
⎝<br />
2<br />
∂ ξ ⎞<br />
⎟ 2<br />
∂z<br />
⎠<br />
x x<br />
y<br />
z<br />
Laplace-ov operator<br />
ξ ( x, t)<br />
= f ( t ∓<br />
2<br />
1 ⎛ ∂ ξ ⎞<br />
∆ξ = ⋅ ⎜<br />
⎟<br />
2 2<br />
c ⎝ ∂t<br />
⎠<br />
x<br />
c<br />
)<br />
=<br />
1<br />
c<br />
2<br />
⎛<br />
⋅ ⎜<br />
⎝<br />
2<br />
∂ ξ ⎞<br />
⎟ 2<br />
∂t<br />
⎠<br />
c - brzina prostiranja talasa<br />
u datoj sredini.<br />
Za longitudinalne talase važi<br />
da je: c 2 =E/ρ<br />
Rešenje u slučaju jedne dimenzije<br />
- Rešenje za kretanje talasa u pozitivnom smeru x ose<br />
+ Rešenje za kretanje talasa u negativnom smeru x ose<br />
→<br />
ξ ( r , t)<br />
= ξ ( r,<br />
t)<br />
Promena<br />
elongacije u<br />
vremenu<br />
=<br />
r<br />
sotirobert: Building Physics, page 15<br />
f<br />
( t ∓<br />
Sferna simetrija<br />
r<br />
c<br />
)
ξ ( x,<br />
t)<br />
=<br />
ξ ( x,<br />
t)<br />
=<br />
Kompleksno<br />
rešenje<br />
talasne<br />
jednačine u<br />
slučaju ravnih<br />
talasa<br />
x<br />
f ( t ∓ ) = ξ 0<br />
c<br />
x<br />
f ( t ∓ ) = ξ 0<br />
c<br />
Harmonijsko rešenje talasne jednačine<br />
→<br />
sin<br />
cos<br />
Imaginarna jedinica<br />
Ψ<br />
(<br />
r<br />
[ ω ( t ∓ x / c]<br />
[ ω ( t ∓ x / c]<br />
, t)<br />
Amplituda<br />
Realan broj<br />
=<br />
A<br />
⋅<br />
e<br />
Kružna frekvencija<br />
talasa<br />
z<br />
Euler-ov zapis kompleksnog<br />
broja<br />
=<br />
re<br />
ix<br />
=<br />
⎛ → →<br />
i⋅⎜<br />
ωt<br />
− k ⋅ r + Φ<br />
⎝<br />
ω =<br />
2π<br />
T<br />
r<br />
⋅<br />
[ cos( x)<br />
+ i ⋅ sin( x)<br />
]<br />
0<br />
→<br />
k<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
Talasni vektor<br />
=<br />
ω<br />
2<br />
c<br />
→<br />
c<br />
Položaj gde<br />
posmatramo talas<br />
Fazni pomeraj<br />
→<br />
k<br />
=<br />
sotirobert: Building Physics, page 16<br />
ω<br />
c
Harmonijsko rešenje – opravdanje u obliku potencijala u molekulima materijala<br />
→<br />
Ψ ( r , t)<br />
U<br />
=<br />
A ⋅ e<br />
⎛ →<br />
i⋅⎜<br />
ωt<br />
− k ⋅ r<br />
⎝<br />
Ravni talas<br />
x<br />
Oblik potencijala u<br />
molekulu<br />
→<br />
+ Φ<br />
0<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
U<br />
E<br />
K<br />
-A 0<br />
U<br />
A<br />
x<br />
Talasni front<br />
Harmonijska<br />
aproksimacija<br />
sotirobert: Building Physics, page 17
Osnovne osobine talasa<br />
� Talasna dužina: Dužina λ između bilo koje dve najbliže tačke sa<br />
istom fazom oscilovanja u elastičnoj sredini u kojoj prostire talas, u<br />
pravcu prostiranja: to je put koji pređe talas u toku jedne periode T.<br />
⎛ x ⎞ ⎛ x + λ ⎞<br />
λ<br />
ω ⎜ t − ⎟ + 2π<br />
= ω ⎜ t − ⎟ → 2π<br />
= ω → λ =<br />
⎝ c ⎠ ⎝ c ⎠<br />
c<br />
� Elongacija: Aktuelno rastojanje čestice od ravnotežnog položaja<br />
� Amplituda: Maksimalna elongacija čestice A.<br />
Talasna dužina<br />
Amplituda A<br />
A<br />
λ<br />
ξ<br />
( x,<br />
t)<br />
=<br />
ξ ( x,<br />
t)<br />
=<br />
cT<br />
ξ ( x,<br />
t)<br />
x<br />
f ( t − ) = ξ 0 sin<br />
c<br />
x<br />
f ( t − ) = ξ 0 cos<br />
c<br />
[ ω ( t − x / c]<br />
sotirobert: Building Physics, page 18<br />
[ ω ( t − x / c]
Vrste talasa<br />
y<br />
x<br />
sotirobert: Building Physics, page 19<br />
H<br />
E<br />
z
Vrste talasa - animacije<br />
sotirobert: Building Physics, page 20
y<br />
σ y<br />
S<br />
( 0,<br />
0,<br />
0)<br />
z<br />
Brzina longitudinalnih talasa u srednini sa nedefinisanom granicom<br />
σ z<br />
x<br />
σ x<br />
∆z<br />
Posmatramo prostiranje<br />
kroz jedan element (štap)<br />
koji izdvojimo iz neke<br />
sredine!! Na posmatrani<br />
element deluju i poprečni<br />
naponi, što je rezultat<br />
“suprotstavljanja” okoline<br />
sredine poprečnoj<br />
deformaciji!<br />
Neka uzmemo<br />
pojednostavljeni slučaj, kada<br />
poprečnu deformaciju<br />
zanemarimu u odnosu na<br />
podužnu:<br />
c<br />
L<br />
=<br />
Iz prethodne provere<br />
sledi da je: c 2 =E/ρ za<br />
monolitni štap!!<br />
ε<br />
∆ x<br />
x<br />
∆ y<br />
y<br />
∆ z<br />
z<br />
x<br />
=<br />
=<br />
=<br />
=<br />
1<br />
σ<br />
E<br />
1<br />
σ<br />
E<br />
1<br />
σ<br />
E<br />
∆ x<br />
x<br />
x<br />
y<br />
z<br />
→<br />
1<br />
ε z =<br />
⋅ σ<br />
2 E<br />
E<br />
+<br />
3 ⋅ ( 1 + µ ) 3 ⋅ ( 1 − 2 µ )<br />
K<br />
+<br />
( 4 / 3 )<br />
ρ<br />
⋅<br />
E<br />
s<br />
−<br />
−<br />
−<br />
1<br />
E<br />
1<br />
E<br />
1<br />
E<br />
µ<br />
µ<br />
µ<br />
c =<br />
( σ + σ )<br />
( σ + σ )<br />
( σ + σ )<br />
sotirobert: Building Physics, page 21<br />
y<br />
x<br />
∆ y<br />
0 , ε y = →<br />
y<br />
z<br />
x<br />
Trusni talasi<br />
z<br />
y<br />
z<br />
E<br />
ρ<br />
0
Seizmički talasi<br />
Na granici između dva različita<br />
sloja: Love-ov talas:<br />
horizontalno polarizovan<br />
transverzalni talas<br />
c K =<br />
K<br />
ρ<br />
U jezgru (tečnosti) prostire<br />
kompresioni talas koji ima<br />
oznaku K (Kompresioni)<br />
c<br />
Retrogradna cirkularna polarizacija talasa<br />
L<br />
=<br />
c ≈ 0 . 9 ⋅<br />
R<br />
K + ( 4/<br />
3)<br />
⋅E<br />
ρ<br />
Longitudinalni<br />
talas: Najbrži i<br />
označava se kao P<br />
(Primarni)<br />
s<br />
c =<br />
T<br />
c<br />
T<br />
E s<br />
ρ<br />
Posle<br />
primarnog,<br />
drugi najbrži<br />
talas.<br />
Označava se<br />
kao S<br />
(Sekundarni)<br />
sotirobert: Building Physics, page 22
Seizmički talasi - animacija<br />
sotirobert: Building Physics, page 23
Seizmički talasi - animacija<br />
sotirobert: Building Physics, page 24
Seizmički talasi - animacija<br />
sotirobert: Building Physics, page 25
Seizmički talasi - animacija<br />
sotirobert: Building Physics, page 26
PP<br />
Rad iu s = 6371 km<br />
Radius = 6336 km<br />
PS<br />
PKP<br />
pP<br />
S<br />
Radius = 3486 km<br />
PcP<br />
Zemljotresi i nastanak seizmičkih talasa<br />
Earthquake<br />
Inner<br />
Core<br />
Radius = 1216 km<br />
Angular<br />
Distance<br />
(degrees)<br />
Outer Core<br />
Crust (thickness<br />
exaggerated)<br />
Distance along surface (km)<br />
Surface Waves<br />
P, S<br />
P and S<br />
raypaths<br />
Mantle<br />
Seismograph<br />
Epicentar – Tačka na površini Zemlje<br />
gde poremećaji stiži prvi put<br />
Hipocentar - Izvor poremećaja ispod<br />
površine Zemlje (tipična dubina je 5-800<br />
km: do 35 km plitki, do 100 km srednje<br />
dubine, do 800 km duboki zemljotresi)<br />
Pojave odbijanja i prelamanja seizmičkih<br />
talasa<br />
Seizmografi služe ze<br />
detekciju i merenje<br />
sizmičkih talasa<br />
Tipičan<br />
seizmogram<br />
sotirobert: Building Physics, page 27
Zadatak<br />
Koristeći kompleksni oblik jednačine talasa (strana 16.) dokažite<br />
da se brzina talasa može izračunati na osnovu:<br />
c<br />
k<br />
ω<br />
=<br />
sotirobert: Building Physics, page 28
Pitanja...<br />
sotirobert: Building Physics, page 29