big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Динамика моря

Волнения. Море редко бывает спокойно. Даже в тихие дни, когда поверхность моря кажется ровной и гладкой, море все же слабо колышется, что легко заметить у берегов. Во время же ветра поверхность моря сплошь покрывается волнами. И чем сильнее ветер, тем сильнее волнение.

Волнение играет огромную роль как в жизни моря, так и в жизни его побережья. Волнение перемешивает верхние слои воды, уравнивает температуру и соленость, разрушает высокие берега и прибрежные сооружения, намывает валы песков и гальки по отлогим берегам, вызывает качку, а в некоторых случаях разбивает корабли о береговые скалы. Все это вместе взятое уже давно заставило человека внимательнее подойти к изучению волн.

Движение воды при волнении. Когда мы стоим на берегу и смотрим на волны, то видим, что они ритмично и плавно бегут одна за другой, приближаются к берегу, набегают на берег и разливаются пенистым валом. Если бросить небольшой деревянный предмет или закупоренную бутылку на движущуюся к берегу волну, то мы заметим странную и на первый взгляд непонятную особенность. Волна движется к бутылке, подхватывает ее, поднимает на самый гребень, а потом уходит дальше, а бутылка остается почти на том же месте. Набегает следующая волна, бутылка снова поднимается и опускается и опять остается на месте.

Движение частиц воды при волнении

Продолжая наше наблюдение дальше, мы заметим, что бутылка (а также всякий другой небольшой плавающий предмет) испытывает только поднятие и опускание, но поступательного движения (вперед) не имеет.

Более точные наблюдения показывают, что каждая частичка воды во время ее движения испытывает лишь круговые движения в вертикальной плоскости, перпендикулярной к гребню волны (рис. 164). Нетрудно понять, что чем больше диаметр описываемой окружности, тем больше волна.

Волна и ее элементы. Всякая волна независимо от ее величины имеет возвышенную и пониженную часть. Каждое соединение возвышения и углубления вместе составляет одну волну.

В каждой волне различают следующие элементы: вершину, подошву, склоны, длину и высоту. Вершина, или гребень,— это наивысшая часть волны. Подошва — самая пониженная часть волны (рис. 165). Расстояние между двумя гребнями или подошвами двух волн называют длиной волны (рис. 166). Расстояние от вершины до подошвы, выраженное вертикальной линией, называют высотой волны. Период времени, в течение которого гребни двух соседних, следующих друг   за  другом   волн проходят через одну и ту же точку, называют периодом волны. Скорость же движения гребня называют скоростью волны.

Волны моря могут быть трех родов: ветровые, сейсмические и стоячие. Ветровые возбуждаются действием ветра, сейсмические — в результате землетрясений и стоячие, возбуждаемые резкими изменениями в атмосферном давлении или другими причинами. Сейсмические и стоячие волны наблюдаются очень редко, ветровые же бывают почти всегда. При изучении моря мы остановимся только на ветровых волнах.

Ветровые волны. Когда после длительной тихой погоды вдруг налетит ветер, поверхность моря покрывается мелкой рябью. Мелкая рябь обусловливается очень мелкими так называемыми капиллярными волнами, захватывающими лишь поверхностную пленку  воды.  Если  ветер

Элементы водны, длина волны, ветровые волны

не прекращается, то рябь довольно быстро сменяется сначала мелкими волнами, а потом из мелких волн постепенно образуются более крупные волны, идущие правильными рядами. Однако при увеличении скорости ветра ряды волн дробятся на части и правильность их движения нарушается. Склоны волн, обращенные навстречу дующему ветру, получают большее давление по сравнению с противоположными склонами. В результате форма волн постепенно меняется, они становятся асимметричными (рис. 167). При сильном ветре гребни волн перемещаются вперед, обрушиваются и. рассыпаются в пенистую массу. При этом гребни волн становятся белыми.

При сильных штормах могут снова возникнуть параллельные ряды очень крупных волн. Склоны этих волн обычно бывают осложнены более мелкими волнами неправильной формы. При этом верхушки огромных волн также перемещаются вперед и со страшной силой могут бить в борта кораблей. Подобные удары представляют собой большую опасность для судна.

Если на поверхность бурного моря вылить небольшое количество растительного или минерального масла, то удары гребней волн прекращаются. Получается это потому, что масло очень быстро растекается по поверхности волн тончайшей пленкой (0,0002 мм), и эта пленка благодаря большой вязкости масла мешает образованию острых гребней К В результате высота волн уменьшается, и волны принимают характер зыби. Чтобы поддержать такое состояние волн, для корабля средней величины требуется около 3 л масла на 1 час.

Когда шторм или ветер утихнет, море долго еще не успокаивается. Но волны без ветра не образуют острых гребней, и высота волн постепенно уменьшается. Таким образом, волнение сменяется зыбью.

Волны, принимающие характер зыби

Зыбь

Размеры ветровых волн в открытом океане. Многолетние наблюдения над волнами в открытом океане показали, что высота волн зависит: 1) от скорости ветра, 2) от длины разгона (т. е. длины того пути волны, на котором ветер все время воздействует на волну) и 3) от продолжительности ветра. Иначе говоря, высота волн зависит не столько от силы ветра, сколько от размеров площади бассейна и от постоянства ветра. Обычные штормовые волны в открытом океане достигают 6—8 м высоты.

Наибольших размеров (до 12 и даже 15 ж) штормовые волны достигают лишь в южных частях Великого, Атлантического и Индийского

Причина увеличения высоты волн при измерениях

океанов, где эти океаны, сливаясь вместе, образуют непрерывное кольца. Кроме огромного водного пространства, немалую роль здесь играют также и пассаты, постоянно   дующие  в   северо-западном   направлении.

В некоторых отдельных случаях отмечались волны до 30 м высоты. Но здесь, по-видимому, допускались преувеличения, вполне возможные при недостаточной точности в наблюдениях. Так, например, с корабля, находящегося на склоне волны, соседнюю волну всегда видят более высокой (рис. 170).

Прибой волн у отлогих берегов. Когда волны приближаются к берегу, возникает трение о дно бассейна. В результате трения скорость волны уменьшается, а высота, наоборот, увеличивается. То же трение задерживает движение водных частиц в нижней части волны, в результате чего верхняя часть волны начинает опрокидываться. При этом верхушка волны обыкновенно рассыпается в пенистую массу  (рис. 171).

Небезынтересно отметить, что ряды волн, независимо от того, куда дует ветер, по мере приближения к берегу обычно изменяют свое прежнее направление и становятся параллельными берегу. Причиной изменения направления рядов волн у берегов является то же трение о мелководную отмель берега.

Нахлынув на берег, вода стекает обратно, встречается с новой волной и снова выбрасывается на берег. При этом движении вода захватывает песок и камни. Благодаря непрерывному трению камни обтачиваются и принимают округлую форму. Во время сильного волнения волны набегают очень далеко на берег и отлагают там камни в виде вала. Волны меньших размеров образуют второй вал из камней меньших размеров и т. д. В результате получается отлогий пляж, состоящий из обточенных камней и песков, выброшенных волнами  (рис.172). Волны,

Волны прибоя у отлогих берегов

набегая на отлогие берега, создают условия для обратного оттока воды. Это обратное движение, которое легко заметить по языкам взмученной воды, носит название разрывных течений.

Скорость этих течений в некоторых случаях достигает 3,5 км в час. Подобные течения   даже   для хороших пловцов представляют затруднения. Однако следует помнить, что разрывные течения встречаются не во всех пунктах берега. Пловец, продвигаясь вдоль берега, всегда может найти места, где течения слабые или они отсутствуют вовсе.

Прибой волн у крутых берегов. Иной характер имеет прибой волн у крутых берегов, где море обыкновенно бывает глубже. Здесь волны, подступая к берегу, с огромной силой ударяют в береговые скалы. Чем резче убывает глубина, тем выше волны прибоя. Это понятно. У приглубых берегов волнам не приходится проходить  мелководье  и расходовать

Образование береговых валов

энергию на преодоление трения. В некоторых случаях высота таких волн достигает 40 м. У искусственных портовых сооружений (у стенок волноломов) высота прибойных волн может достигать 60 м.

Сила подобных волн очень велика. Изучение прибойных волн и особенно силы ударов этих волн имеет очень важное значение для расчета портовых огородительных сооружений. Многочисленные измерения показали, что наибольшая сила удара волн приходится не на линию уреза воды (в ее спокойном состоянии), а несколько ниже. Отмечено также, что сила удара волн находится в зависимости от высоты волн, а также от периода волн. Период волны определить легче (пользуясь лишь секундомером). Отсюда исчисление силы удара волн удобнее производить не по высоте, а по периоду волн.

Кривая, построенная на основании простейших формул, дает возможность быстро и просто определять силу удара волн. По вертикали  отмечается сила удара в тоннах на квадратный метр, по горизонтали — периоды волн. Так, например, если период волны 7—8 сек., то сила удара 3—4 т. Огромная сила волн может использоваться человеком. Поиски способов использования этой силы ведутся давно, но результаты пока были мало удачны. Дело в том, что волны очень непостоянны: от самых малых и до очень больших. Приспособить машину для использования волн разной величины очень трудно. Сильные штормовые волны обычно легко разрушают подвижные детали этих машин. Очень интересным является новый принцип использования силы морских волн, предложенный Автономовым. Суть его заключается в том, что волны особыми сооружениями улавливаются и направляются на берег. Выброшенная волнами вода идет в бассейн, откуда стекает равномерно. Это течение уже нетрудно использовать турбинами.

 

Предыдущая глава ::: К содержанию ::: Следующая глава

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.