Kann sich Schall in Form von Transversalwellen ausbreiten?

Der Unterschied zwischen einer Flüssigkeit und einem Feststoff ist der folgende: Flüssigkeiten haben einen Schermodul von Null, sodass sie keine Scherkraft tragen können, aber Feststoffe haben einen Schermodul ungleich Null, sodass sie Scherkräfte tragen können.

Lustige kleine Art, dies zu visualisieren: Nehmen wir an, wir stellen ein paar Zweitklässler auf einem rechteckigen Gitter auf. Jetzt schieben wir einen der Schüler eine Reihe entlang. Dieser Schüler schiebt den nächsten Schüler in der gleichen Reihe und so bewegt sich der Stoß durch die Reihe. Die Schüler in den anderen Reihen sind jedoch nicht betroffen. So verhält sich eine Flüssigkeit.

Jetzt bitten wir die Schüler, sich mit ihren Nachbarn in den angrenzenden Reihen an den Händen zu halten. Wenn wir einen Schüler schieben, bewegt sich der Schub nicht nur durch dieselbe Reihe, sondern da der Schüler mit seinen Nachbarn Händchen hält, bewegen sich diese Kinder ebenfalls, sodass der Schub auch seitlich entlang der Spalten durch die anderen Reihen wandert . So verhält sich ein Festkörper.

In einem Festkörper "halten Moleküle Händchen" mit ihren Nachbarn, in Flüssigkeiten nicht. Dies ermöglicht Transversalwellen in einem Festkörper.

Natürlich würden in Wirklichkeit alle Zweitklässler hysterisch kichernd übereinander herfallen. Der Zweig der Physik, der sich mit Kindern befasst, ist weder Festkörpermechanik noch Strömungsmechanik, sondern wahrscheinlich Chaostheorie.

Laut dieser Webseite :

Schall wird durch Gase, Plasma und Flüssigkeiten als Longitudinalwellen, auch Kompressionswellen genannt, übertragen. Durch Festkörper kann er jedoch sowohl als Longitudinalwellen als auch als Transversalwellen übertragen werden.

Dies bedeutet, dass sich Schall durch die meisten Formen von Materie (Gase, Plasma, Flüssigkeiten), wie Wasser oder die Luft, als Longitudinalwellen ausbreitet. Durch Festkörper (z. B. Gestein) kann sie jedoch sowohl als Longitudinal- als auch als Transversalwelle übertragen werden. Ein Diagramm, das eine Transversalwelle mit einer Longitudinalwelle vergleicht, ist unten dargestellt:

Der Grund, warum sich Schall als Transversalwelle durch einen Festkörper ausbreiten kann, ist, wie diese Website sagt:

Angenommen, Sie schlagen mit einem Hammer auf einen großen Stahlblock. Wenn Sie sich nur vorstellen, wie die Atome durch den Schlag verschoben werden, können Sie sehen, dass es eine Kompressionswelle (Längswelle) geben sollte, die nach unten geht. An den Seiten sollte es Querwellen geben.

Da Flüssigkeiten nicht komprimierbar sind, kann sich Schall nicht als Transversalwelle durch Flüssigkeiten ausbreiten. Außerdem erleichtert die Kompression/Verdünnung von Gasen Longitudinalwellen im Gegensatz zu Transversalwellen. Laut dieser Webseite :

Ein Beispiel für Verdünnung ist eine Phase in einer Schallwelle ... Die Hälfte einer Schallwelle besteht aus der Kompression des Mediums und die andere Hälfte aus der Dekompression oder Verdünnung des Mediums.

Da dies zutrifft, macht die Verdünnung von Gasen Longitudinalwellen eindeutig zu einer besseren Wahl in Gasen.

Hoffe das hilft!

(Bild von http://msascienceonline.weebly.com/waves.html )

Wenn wir ein Medium als kontinuierlich behandeln (was für unsere Zwecke funktioniert), muss die Bewegung einer Einheit davon die Bewegung der nächsten Einheit beeinflussen, damit sich Schall durch das Medium ausbreiten kann, und so weiter und so fort. Schall in einem Gas oder einer Flüssigkeit bewirkt dies durch Druckveränderungen: Der Luftdruck neben einem Lautsprecher steigt plötzlich an und drückt eine Lufteinheit nach außen in Richtung der benachbarten Niederdruckeinheit. Der Druck dieser Einheit nimmt zu und drückt sie in Richtung der nächsten Einheit und so weiter. Bingo: longitudinale Schallwelle.

Aber wenn Sie die Luft von einer Seite zur anderen bewegen, ohne den Druck zu verändern, wird die nächste Einheit keine Kraft spüren und sich daher auch nicht bewegen, so dass die anfängliche transversale Schallwelle bei der Geburt stirbt.

(Dies ist nicht ganz richtig, da Viskosität und Turbulenzen Kraft zwischen benachbarten gleitenden Gaseinheiten übertragen können. Die Auswirkungen davon sind jedoch eher dissipativ als elastisch, sodass es keinen Rückstoß und somit keine anhaltenden Vibrationen gibt.)

Bei einem Festkörper hingegen kann durch die Elastizität des Mediums eine Querbewegung weitergegeben werden. Wenn Sie beispielsweise einen langen Glasfaserstab nehmen und ein Ende hin und her schütteln, wandert die Verschiebung in einer Welle den Stab hinunter. Selbst wenn Sie aufhören zu schütteln, werden die vorhandenen Wellen weitergehen, bis sie das Ende der Stange erreichen.

Flüssigkeiten können also keine transversalen Schallwellen ausbreiten, elastische Festkörper jedoch schon.