表面波は、石が池や湖に落とされたときに生成される波のように、振動する粒子が2次元で運動する波です。
このタイプの波は、海と空気などの2つの異なる媒体の間、または地球の表面と空気の間の界面で発生します。これらは、縦方向の変位と組み合わされた横方向の粒子、つまり2次元の粒子が発生する波です。
図1.池の表面波。出典：Pixabay。
たとえば、海の表面の水粒子-波-は、円形の経路を移動します。波が岸で砕けると、縦方向の変位が支配的になるため、海藻または浮いている木片が前から後ろへスムーズに移動しているのが見えます。
波はまた、海の波に類似した方法で地球の表面を移動します。それらは、地球の体積を内部で移動する波よりも遅い速度で移動しますが、建物内でより簡単に共振を引き起こすことができます。
波は振動を発生させ、エネルギーを運ぶため、地震時には破壊的な影響を及ぼします。
図2.海の表面波。波の動きが左から右の場合、水粒子は時計回りに動きます。最高点では波の頂上にあり、最低点はチャネルと呼ばれます。左の図の出典：F. Zapata。右図出典：Giambattista、A。2010。Physics。2番目。版。マグローヒル。
表面波の種類
表層であるかどうかにかかわらず、あらゆるタイプの波は波動方程式の解です。これは、説明した例のように機械的なものだけでなく、電磁波であるほとんどすべてのタイプの波動に適用されます。彼らは横断しているので、波の種類。
ニュートンの第二法則を考慮して得られる波動方程式は、次のように記述されます。
上記の方程式では、uは3つの空間座標x、y、zと時間tに依存する波動関数です。u= u（x、y、z、t）。さらに、vは外乱の速度です。波動方程式は、必要なジオメトリに応じて、他の座標系で表すことができます。
方程式の解を見つけるために、それは問題の条件に調整されます。たとえば、ジオメトリが区切られ、外乱が移動する媒体の特性が確立されます。
次のような多くの種類の表面波があります。
-重力が横方向の動きを可能にする復元力を提供する最初に説明された海の波のような重力波（重力波）。
-池の表面が膨らむ、復元力として作用する水の表面張力は次のとおりです。
-地震時に地表を移動する表面弾性波。
-電磁波は、横方向であるにもかかわらず、適切に誘導されて表面上を移動できます。
-弦を強く叩くとギターの弦に生じる波の種類。
地表の表面的な弾性波
図3.地表の表面波。粒子の動きは、横方向と縦方向の変位の組み合わせです。出典：Giambattista、A。2010。Physics。2番目。版。マグローヒル。
波動方程式を解くとき、私たちが言ったように、解はさまざまなタイプの波に対応します。外乱が地殻などの固体媒質内を移動するとき、プロセスを簡略化するためにそれについていくつかの仮定を行うことが可能です。
このため、媒体は完全に弾性、均一、等方性であると見なされます。つまり、その特性は位置や方向に関係なく同じです。
これを念頭に置いて、弾性媒体の波動方程式の2つの解は表面波に対応します。
-Waves of Rayleigh、最初にそれらを説明したイギリスの物理学者、Lord Rayleigh（1842-1919）にちなんで名付けられました。
-弾性の彼の作品でこれらの波の理論を開発したイギリスの地球物理学者であり数学者であるアウグストゥスラブによる波の愛。
地震では、これらの波はL波と呼ばれ、P波およびS波と区別されます。どちらも体積波（物体波）と見なされ、上記の条件での波動方程式の解でもあります。P波は縦波で、S波は横波です。
表面波の例
レイリー波
レイリー波では、波面粒子は垂直面で振動するため、垂直に偏光していると言われています。粒子は楕円で移動します。最初に言われたように、その動きは円形である海の表面の波とは異なります（ただし、海岸の近くでは、粒子はかなり楕円形です）。
図に示すように、楕円の長軸は垂直で、短軸は伝播方向に従います。そこでは、運動は逆行性である、すなわち、それは反時計回りの方向に実行されることにも留意されたい。
図4.レイリー波。出典：ローリー、2007年。地球物理学の基礎。2番目。版。ケンブリッジ大学出版局。
水の波とのもう1つの重要な違いは、液体では発生しない剪断力があるため、レイリー波は固体媒体でのみ伝搬できることです。
波が表面に閉じ込められるため、粒子変位の振幅は深さとともに指数関数的に減少しますが、それが高強度地震である場合、波は完全に消滅する前に地球を数回周回する可能性があります。 。
愛の波
ラブウェーブでは、粒子は水平に分極され、表面に平行な大きな振幅の動きを持ちます。これらのタイプの波の速度は波長（分散波）に依存しますが、レイリー波よりも少し遅い速度で移動します。
これらの波が伝播するためには、中間にある少なくとも1つの高速層に低速層が重ねられている必要があります。レイリー波のように、地震の間に生成されたラブ波は、それらのエネルギーを分散させる前に地球を数回周回することができます。
図5.愛の波。出典：ウィキメディア・コモンズ。ニコガロ
グラウンドロール
地震探査記録では、グラウンドロールと呼ばれるこのレイリー波の変形を見つけるのが一般的です。これはノイズと見なされ、回避する必要があります。振幅が大きいため、見ている反射をマスクする場合があるためです。
海の波
深部では、海の波は音の波のように縦波です。これは、その伝播方向が粒子が振動する方向と同じであることを意味します。
しかし、表面近くの波には縦成分と横成分の両方があり、粒子はほぼ円形の経路をたどります（図2右を参照）。
図6.海の波は表面波です。出典：Pixabay。
参考文献
- Figueroa、D。2005。波と量子物理学。科学と工学のための物理学シリーズ。D.フィゲロア編集。
- Giambattista、A。2010。物理学。マグローヒル。
- ローリー、W。2007。地球物理学の基礎。2番目。版。ケンブリッジ大学出版局。
- ウィキペディア。愛の波。回復元：es.wikipedia.org。
- ウィキペディア。レイリー波。回復元：es.wikipedia.org。
- ウィキペディア。表面波。から回復：en.wikipedia.org。