Vật lý của sóng thần

Sóng thần có bước sóng rất dài, có thể lên đến hàng trăm km. Bước sóng của sóng thần lớn hơn nhiều độ sâu của biển.

1. Cho độ sâu của biển là h (chẳng hạn 1 km). Tìm tốc độ lan truyền của sóng thần.

2. Khi sóng thần vào gần bờ, h giảm dần. Biên độ của sóng sẽ tăng lên hay giảm đi?

12 responses to “Vật lý của sóng thần

  1. †...Bơ...†

    Thảm họa. Thanks a lots. Nếu giả dụ gặp sóng thần Bwo không biết phải xử lý ra làm sao.

  2. Le Nhu Minh Tue

    Ở đây mình có 2 link dẫn giải tính tốc độ và biên độ của sóng thần lấy ở trên mạng, các bạn ai quan tâm có thể vào xem ^^.
    http://plus.maths.org/content/tsunami-2
    http://www.usna.edu/Users/physics/mungan/Scholarship/Tsunami.pdf

  3. Le Nhu Minh Tue

    Về biên độ sóng thì mình cũng có thể hiểu theo cách đơn giản thế này. Vì sóng thần truyền đi theo cả 2 phương dọc và ngang cùng 1 một lúc với vận tốc ở 2 phương khác nhau nhưng 2 vận tốc ở 2 phương đó luôn giống nhau ở mỗi đỉnh sóng. Khi sóng thần gần vào bờ thì vận tốc sóng dọc sẽ giảm dần, trong khi sóng ngang thì không thay đổi, vậy nếu chiếu theo vecto vận tốc thì sẽ thấy biên độ sẽ tăng lên khi gần bờ.
    Còn nếu muốn tính vận tốc của sóng khi gần bờ thì ta có thể áp dụng định luật khúc xạ refraction với sin (theta2) / sin (theta1) = v2 / v1
    với theta2 là góc khúc xạ khi sóng truyền nhảy lên qua mặt phân cách nước và không khí, theta1 là hướng mà sóng truyền tới.
    V1 là vận tốc của sóng khi ở môi trường không khí
    V2 là vận tốc của sóng khi đang ở trong môi trường nước
    Ở đây ta sẽ thấy nếu sóng di chuyển từ 1 môi trường nước có vận tốc lớn hơn truyền vào môi trường không khí vận tốc nhỏ hơn thì góc khúc xạ sẽ nhỏ hơn góc tới tương ứng biên độ sẽ cao dần và ngược lại.
    Các bạn có thể coi thêm ở 15-10 Refraction trang 415 của Giancoli – physics for scientists and engineers.

  4. Cám ơn các bạn đã cho nhiều tài liệu. Đây là lời giải của tôi cho phần 1.

    Đầu tiên ta nhận xét rằng bài toán này là một bài toán hai chiều: khi bước sóng lớn hơn nhiều độ sâu của biển, chuyển động của nước theo chiều thẳng đứng không quan trọng, chỉ có chuyển động theo chiều ngang là quan trọng. Vì vậy biển có thể coi là một môi trường hai chiều, như màng bong bóng xà phòng. Môi trường này có một mật độ hai chiều \rho_{\rm 2D}, bằng mật độ của nước \rho nhân với chiều cao của cột nước, từ đáy đến mặt nước.

    (1)   \rho_{\rm 2D} = \rho h

    Mật độ hai chiều này đo bằng kg/m2, ví dụ ở chỗ sâu 1 km thì mật độ là 106 kg/m2.

    Từ quan điểm 2 chiều, sóng thần là âm thanh lan truyền trong môi trường 2 chiều này. Thật vậy, sóng thần là dao động của độ cao của nước, tức là dao động của mật độ hai chiều \rho_{\rm 2D}. Nhưng âm thanh chính là dao động của mật độ.

    Tốc độ của âm thanh được cho bởi công thức:

    (2)   v = \sqrt{\dfrac{\partial P}{\partial \rho}}

    trong đó P là áp suất. Để áp dụng cho sóng thần, áp suất này phải là áp suất trong thế giới hai chiều, đo bằng N/m.

    Nếu ta bây giờ hình dung một cột nước có độ cao là h thì ta có thể thấy lực tác dụng trên một đơn vị độ dài của biên là:

    (3)   P_{\rm 2D} = \frac12 g \rho h^2

    Từ các phương trình (1), (2) và (3) trên ta tìm ra được:

    v = \sqrt{gh}

    Ví dụ nếu h=1 km thì tốc độ là 100 m/s.

  5. Cảm ơn GS Sơn cho lời giải rất ấn tượng. Em rất thích cách lập luận tương đương kiểu này vì nó luôn cho lời giải với hình thức thì ngắn gọn, còn ý tưởng thì đơn giản.

    Về câu số hỏi số 2, em nghĩ có thể giải một cách xấp xỉ bằng cách áp dụng định luật Bernoulli. Bỏ qua các loại mất mát năng lượng trong quá trình sóng di chuyển, ta có: H.v=hằng số (trong đó H cỡ độ cao của sóng, v là vận tốc sóng). Khi sóng thần vào gần bờ thì h giảm nên v giảm, do đó H phải tăng.

    • Le Nhu Minh Tue

      Không phải H.v đâu bạn CTT, phải là A^2 . v = hằng số lận (A biên độ). Tại do mình đọc tài liệu thì người ta bảo Energy Flux (Rate of energy transfer per unit area) hay Power P là không đổi. Năng lượng tỉ lệ với lại thuận với v.f^2.A^2 . Mà f cũng không đổi nên chỉ còn v. A^2 tức A= 1 / sqrt(v) = 1 / căn bậc 4 của h.

      Còn công thức trên của giáo sư vẫn dư ra con số sqrt (1/2). Em không hiểu lắm. Giả sử ta có hệ tọa độ Oxyz với z tương ứng với lại h, mà giáo sư lấy p 2 chiều = p . h chứng tỏ giáo sư đã lấy mặt phẳng là Oxy. Trong khi công thức Pressure 2 chiều của giáo sư thì lại lấy mặt phẳng Oyz nên mới có con số 1/2. Không biết em có sai chỗ nào không ạh.

  6. nguyen thanh phu

    Nhờ Giáo sư và các bạn cho biết ý kiến về vấn đề này
    http://dantri.com.vn/c25/s25-469601/viet-nam-co-sang-kien-vat-ly-di-truoc-the-gioi.htm
    trân trọng
    Nguyễn Thanh Phú

      • Cách giải của bạn Tuấn này dẫn đến kết quả về cơ bản trùng với cách giải của bác Thường và đều sai cả! Nhưng bác Thường đúng ở chỗ là chỉ ra được cái sai trong sách giáo khoa, còn cách giải của bạn Tuấn không thể tìm thấy trong bất cứ cuốn sách giáo khoa về vật lý nào cả! Đấy là còn chưa nói tới tình tiết mà bạn Tuấn phân tích về lực P là tổng hợp lực của 2 lực kéo Pk và lực nén Pn là không có căn cứ? Trong bài toán đang xem xét, lực P chỉ là cách biểu diễn thay cho vật nặng được treo trên 2 conxon mà thôi và do đó chỉ có thể có một cách hiểu đó là lực tác động, còn Pk và Pn là kết quả phân tích lực P mà thôi. Đấy là còn chưa kể tới việc cho ra lực uốn Pu – lực này uốn thanh conxon nào? Theo hình vẽ thì phải hiểu là uốn thanh nằm xiên? Vậy thanh nằm ngang không chịu uốn sao?
        Thật ra cho đến nay, các lực Pk và Pn trong bài toán này vẫn chưa có lời giải tổng quát với các thanh conxon có độ cứng khác nhau và với góc nghiêng khác nhau!!!
        Liệu GS Đàm Thanh Sơn có giải được không???
        Trân trọng!

    • “Liên hiệp các hội Khoa học và kỹ thuật Việt Nam”, có bạn nào biết gì về tổ chức này không? Nghe tên thì rất to tát nhưng mà lại đi tổ chức hội thảo kiểu này ! Rồi một loạt các giáo sư chuyên viên bộ giáo dục tỏ ý đồng tình (ít hay nhiều) với “phát minh” của tác giả ! Rồi in “nguyên lý” này thành sách dạy cho học sinh phổ thông ! Thật là buồn quá !.

      Có khi nào đây là Cá tháng 4 không ta? Hay là báo chí có sự nhầm lẫn?

      Mình tò mò xem một đoạn video của tác giả trên youtube (các bạn gõ tìm kiếm “Vat ly sai lam” sẽ ra một loạt video của ông này). Cái mà tác giả cho là một “phát minh vĩ đại” lực uốn đã được biết đến từ lâu rồi. Ít ra thì trong tất cả các sách về Cơ học môi trường liên tục (hoặc Cơ học chất rắn nói riêng) đều có dạy lực này rồi. Mình chưa xem lại sách giáo khoa vật lý để kiểm chứng lời tác giả. Nhưng cứ cho là tác giả nói đúng đi thì chẳng qua là vì những nhà viết sách cố tình đơn giản hóa vấn đề đi mà thôi (chứ không phải là họ không biết). Mình lấy ví dụ, ở cấp 2 chúng ta học căn bậc 2, sách giáo khoa dạy là “không thể căn bậc 2 được số âm”. Điều này dĩ nhiên là không hoàn toàn chính xác, nhưng chẳng nhẽ lại phải dạy cho học sinh cấp 2 cả số ảo !!!

  7. các bác cho e hỏi sóng thần là sóng dọc hay sóng ngang

Leave a Reply

Fill in your details below or click an icon to log in:

WordPress.com Logo

You are commenting using your WordPress.com account. Log Out / Change )

Twitter picture

You are commenting using your Twitter account. Log Out / Change )

Facebook photo

You are commenting using your Facebook account. Log Out / Change )

Google+ photo

You are commenting using your Google+ account. Log Out / Change )

Connecting to %s