13.11.2012 Views

IX predavanje

IX predavanje

IX predavanje

SHOW MORE
SHOW LESS

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

Hooray! Your file is uploaded and ready to be published.

Saved successfully!

Ooh no, something went wrong!