Question:
Pourquoi les tsunamis voyagent-ils plus lentement que le son?
naught101
2014-04-16 13:54:33 UTC
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Les tsunamis, dans l'océan profond, parcourent environ 800 kilomètres à l'heure.

La vitesse du son sous l'eau est d'environ 5300 kilomètres par heure.

Ces deux ondes sont des ondes de pression, opérant dans le même milieu. Pourquoi l'un est-il tellement plus rapide que l'autre?

Un répondre:
#1
+22
Semidiurnal Simon
2014-04-16 17:06:42 UTC
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Les tsunamis et les ondes sonores sont différents types d'ondes - l'une est une onde transversale et l'autre est une onde longitudinale. Regardons les facteurs qui influencent la vitesse de chacun.

Tsunami - onde transversale en eau peu profonde

Une onde transversale est l'un du type auquel on pense au jour le jour - où la direction d'oscillation est perpendiculaire à la direction de déplacement. La vitesse à laquelle une onde transversale se déplace dépend de différents facteurs en fonction de la profondeur de l'eau. A cet effet, «eau peu profonde» est généralement définie comme existant là où la profondeur < longueur d'onde / 20. La longueur d'onde d'un tsunami est très grande - de l'ordre de centaines de kilomètres - donc pour un tsunami, n'importe quelle partie des océans du monde compte comme "eau peu profonde".

En eau peu profonde, la vitesse d'un l'onde transversale peut être décrite par,

$$ V = \ sqrt {gD} $$

$ V $ est la vitesse de la vague, $ D $ est la profondeur et $ g $ est l'accélération due à la gravité (9,81 m / s 2 ). Dans le cas d'un tsunami dans l'océan profond, alors, si nous supposons une profondeur de 4 km, nous pouvons estimer une vitesse de 198 m / s, soit 713 km / h. C'est un calcul à l'envers, mais il est suffisamment similaire au 800 km / h que vous avez cité dans la question que j'en suis satisfait.

Son - onde longitudinale

Dans une onde longitudinale, la direction de l'oscillation est parallèle à la direction du déplacement - c'est-à-dire une oscillation dans la densité du matériau. Nous n'en voyons pas beaucoup dans la vie de tous les jours, mais un bon exemple est la vague qui descend d'un slinky si vous secouez les extrémités l'une vers l'autre ou loin l'une de l'autre.

Picture of a slinky showing a longitudinal wave ( Source de l'image)

Le son, dans un liquide ou un gaz, est un exemple d'onde longitudinale. La vitesse d'une onde longitudinale dépend de la rigidité et de la densité du matériau qu'elle traverse, de la manière suivante:

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

$ c $ est la vitesse de la vague, $ K $ est le module de masse du fluide, et $ \ rho $ est sa densité. Notez qu'il n'y a aucune dépendance à la profondeur du fluide (dans ce cas, la mer) - un son à un mètre sous la surface d'une piscine d'eau salée se déplacerait à peu près à la même vitesse que le son à un mètre sous la surface d'un océan.

Résumé

Les ondes sonores et les ondes de tsunami se propagent à travers différents mécanismes, et donc différentes choses influencent leur vitesse.

Bonne réponse. Ce serait excellent s'il y avait plus d'explications sur les raisons pour lesquelles les deux équations sont utilisées - peut-être pas la dérivation complète, mais quelque chose indiquant comment elles ont été découvertes, peut-être?
@naught101 Bon point. Cependant, je ne pense pas que mon propre niveau d'expertise soit suffisant pour le faire avec confiance. Les modifications sont les bienvenues si quelqu'un de plus compétent se présente!
Cela pourrait être élargi, sinon corrigé, avec le fait que dans un tsunami, il y a un mouvement net d'eau, au lieu, comme avec les vagues normales, seulement un transfert net d'énergie. Les ondes sonores sont alors à nouveau des ondes de pression longitudinales et, dans ce cas, des vitesses d'onde différentes s'appliquent en effet.
@hugovdberg ceci est hors de mon domaine d'expertise, vraiment, donc les améliorations sont les bienvenues! N'hésitez pas à proposer une modification à la réponse! (ou faites une nouvelle réponse, bien sûr)
@hugovdberg: Je serais intéressé de voir cela. Je ne comprends pas comment il peut y avoir un mouvement net d'eau, du moins sur le long terme (semaines +). N'est-ce pas juste une question d'échelle?
En bref, les tsunamis sont généralement causés par un mouvement net du fond de l'océan, qui s'élève généralement de plusieurs mètres sur une vaste zone. Cette eau déplacée se gonfle au-dessus de cette zone puis s'écoule latéralement sous la forme d'une vague très peu profonde (de l'ordre du centimètre, à peine perceptible sur les vagues de vent normales) qui n'augmente en hauteur que dès que ce mur d'eau atteint le plateau continental. Mais comme le fond marin ne revient pas à sa position initiale, l'eau non plus.
Hmm. Une élévation du fond de l'océan devrait sûrement atteindre l'équilibre avec une (très) petite augmentation du niveau de l'eau à travers le bassin océanique (ou peut-être juste autour de ce morceau de fond de l'océan), reflétant le volume perdu? J'avais toujours supposé que le "mouvement de l'eau" à l'intérieur des terres à la suite d'un tsunami était simplement un mouvement de particules d'ondes, à grande échelle. Peut-être que cela devrait être une question à part entière ... @naught101?
[Discussion connexe sur Physics SE.] (Http://physics.stackexchange.com/questions/80226/why-do-longitudinal-waves-travel-faster-than-transverse-waves)


Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
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