面波是指振动的粒子在二维方向上运动的表面波，例如石头掉进池塘或湖泊时产生的波。
这种类型的波发生在两种不同介质（例如海洋和空气）之间的界面，或地球表面和空气之间的界面。这些是其中粒子经历横向结合纵向位移（即二维）的波。
图1.池塘中的表面波。资料来源：
例如，海洋表面的水粒子-波浪-以圆形路径运动。当海浪在海岸上破裂时，纵向位移占主导，因此可以看到海藻或一块漂浮的木头从前向后平稳地移动。
波浪也以类似于海浪的方式在地球表面移动。它们的行进速度比内部通过地球体积的波慢，但它们能够更容易在建筑物中引起共振。
由于波会产生振动并携带能量，因此在地震中会产生破坏作用。
图2.海洋中的表面波。当波浪的运动是从左到右时，水粒子将沿顺时针方向运动。它们在最高点位于波峰上，而最低点称为通道。左图的来源：F. Zapata。右图来源：Giambattista，A。2010。物理学。2号 版。麦格劳·希尔。
面波的类型
任何类型的波，无论是否为表面波，都是波方程的解，它几乎适用于任何类型的波运动，不仅是如所描述的示例中的机械波，而且也适用于电磁波。它们是横向的不同类型的波浪。
考虑牛顿第二定律得到的波动方程是这样写的：
在上面的方程中，u是取决于三个空间坐标x，y和z加上时间t的波动函数：u = u（x，y，z，t）。此外，v是扰动的速度。波动方程可以根据所需的几何形状在其他坐标系中表示。
为了找到方程的解，将其调整为问题的条件，例如，在其中确定几何形状并建立扰动通过的介质的属性。
表面波的类型很多，例如：
-引力波（重力波）像开始时所述的海浪一样，其中重力提供了允许横向移动的恢复力。
-池塘中的表面膨胀，这是作为恢复力施加的水的表面张力。
-在地震中在地球表面移动的表面弹性波。
-尽管是横向的，电磁波仍可正确引导以在表面上移动。
-当用力敲击吉他弦时，会在吉他弦中产生某些类型的波动。
地球表面的表面弹性波
图3.地球表面的表面波。粒子的运动是横向和纵向位移的组合。资料来源：Giambattista，A。2010。物理学。2号 版。麦格劳·希尔。
如前所述，在求解波动方程时，解决方案对应于不同类型的波动。当扰动在诸如地壳之类的固体介质中移动时，有可能对此做出一些假设以简化此过程。
因此，该介质被认为是完全弹性，均质且各向同性的，这意味着无论位置或方向如何，介质的特性都相同。
考虑到这一点，弹性介质中波动方程的两个解对应于表面波：
-Rayleigh Waves，以最早描述它们的英国物理学家雷利勋爵（1842-1919）的名字命名。
-爱的波浪，由英国地球物理学家和数学家（1863-1940）的奥古斯都·洛夫（Augustus Love）提出，他在弹性工作中发展了这些波浪的理论。
在地震中，这些波称为L波，以将它们与P波和S波区分开来，P波和S波都被视为体波（体波），体波也是上述条件下波动方程的解。P波是纵向的，S波是横向的。
面波的例子
瑞利波
在瑞利波中，波前粒子在垂直平面中振动，因此被称为垂直极化。粒子以椭圆形运动，这与海洋表面的波浪不同，后者的运动是圆形的，就像刚开始时所说的那样（尽管在海岸附近它们是椭圆形的）。
椭圆的长轴是垂直的，短轴遵循传播方向，如图所示。还应注意，机芯是逆行的，也就是说，它是沿逆时针方向进行的。
图4.瑞利波。资料来源：Lowrie，W.2007。《地球物理学基础》。2号 版。剑桥大学出版社。
与水波的另一个重要区别在于，瑞利波只能在固体介质中传播，因为在液体中不会产生剪切力。
由于波被限制在表面，因此粒子位移的幅度随深度呈指数下降，尽管如果是高强度地震，则波可以绕地球旋转数次，然后完全消失。
爱的浪潮
在Love波中，粒子是水平极化的，并且具有平行于表面的大幅度运动。它们的移动速度比瑞利波稍慢，尽管这些类型的波的速度取决于波长（色散波）。
为了使这些波传播，必须在中间的至少一个较高速度层上叠加一个低速度层。像瑞利波一样，地震中产生的爱波在分散能量之前可以绕地球旋转数圈。
图5.爱的浪潮。资料来源：维基共享资源。尼古瓜罗
地滚
在地震勘探记录中通常会找到瑞利波的这种变体，称为地滚。它被认为是噪声，因此必须避免，因为它的振幅很大，因此有时会掩盖您希望看到的反射。
海浪
在深处，海浪就像声音一样是纵波。这意味着其传播方向与粒子振动的方向相同。
但是，表面附近的波具有纵向和横向分量，导致粒子遵循几乎为圆形的路径（请参见右图2）。
图6.海浪是表面波。资料来源：
参考文献
- Figueroa，D.，2005年。《波与量子物理学》。科学与工程物理丛书。由D. Figueroa编辑。
- Giambattista，A。2010。物理学。麦格劳·希尔。
- Lowrie，W.，2007年。《地球物理学基础》。2号 版。剑桥大学出版社。
- 维基百科。一波波的爱。摘自：es.wikipedia.org。
- 维基百科。瑞利波。摘自：es.wikipedia.org。
- 维基百科。表面波。摘自：en.wikipedia.org。