big-archive.ru

Большой информационный архив

                       

Волнения в Мировом океане

Главная причина возникновения волн на поверхности Мирового океана — ветер. Иногда волны возникают от других причин: от землетрясений, от резких изменений атмосферного давления и т. д. При правильном волновом движении частицы воды перемещаются по орбитам, близким к окружностям, расположенным перпендикулярно к гребням волн. В верхней части орбиты частицы двигаются в направлении движения волн, в нижней — в обратном направлении. Видимое поступательное движение волны — движение ее формы.

Океанические волны, как и всякие волны вообще, характеризуются следующими элементами: длиной (горизонтальным расстоянием между гребнями или подошвами соседних волн), высотой (расстоянием между гребнем и подошвой волны), периодом (промежутком времени, в течение которого каждая точка волны перемещается на расстояние, равное ее длине). Между скоростью v, длиной X и периодом т существует зависимость

При возникновении ветровых волн ветер воздействует на поверхность воды и выводит ее частицы из состояния равновесия, заставляя их двигаться по орбитам. Если представить, что ветер дует слева направо, частицы воды, находящиеся слева, начнут колебаться раньше, чем частицы, расположенные правее их. В результате каждая частица будет отставать в своем движении от частицы, лежащей справа от нее, и все они будут находиться в разных фазах. Пусть частица 1 находится в самой низкой точке орбиты. В это время частица 2 отстает в своем движении от частицы 1 на угол φ, частица 3 отстает на такой же угол от частицы 2 и т.д. Соединив одновременно положение всех частиц плавной кривой, получим трохоиду (рис. 38). Трохоиду можно определить как след, оставляемый точкой, находящейся на радиусе катящегося круга. Ее аналитическое выражение можно представить уравнениями

где r — радиус катящегося колеса, а — расстояние любой точки круга колеса от центра, φ — переменный параметр — угол, на который повернулся катящийся круг.

Если рассмотреть положение частиц через некоторый промежуток времени, окажется, что все они переместились по орбите на одно и то же расстояние и заняли 1', 2', 3' и т. д. На рис. 38 видно, что форма волны сместилась вправо — по направлению ветра. Частицы, находящиеся на наветренном склоне волны, опустились, в то время как частицы, находящиеся на подветренном склоне, поднялись.

Под влиянием ветра волны растут одновременно в высоту и в длину, при этом увеличиваются период и скорость. Чем больше скорость волны, тем слабее давление ветра на ее наветренный склон. Поэтому интенсивность роста волны определяется отношением ее скорости к скорости ветра. Когда скорость ветра и скорость волны становятся равными, волны теоретически достигают наибольшей высоты.

Когда скорость ветра уменьшается, волнение начинает затухать. Сначала исчезают мелкие волны, затем крупные, и остаются только очень длинные пологие волны — мертвая зыбь. Волны зыби имеют длину несколько сотен метров при высоте несколько метров. Волны зыби уходят на тысячи километров от места возникновения.

Высота океанических волн обычно 4—7 м. Максимальная высота наблюдавшихся волн 18 м. Длина штормовых волн не более 250 м, волн зыби — до 840 м. В морях высота волн не более 3 м, длина — до 150 м.

С глубиной волнение быстро затухает, уменьшается и высота волн. Наибольшая глубина, на которой обнаружена песчаная рябь, созданная волнами, 180 м. Эту глубину считают предельной глубиной распространения волн.

При переходе волны на мелководье движение частиц воды замедляется согласно закону Лагранжа

где v — скорость волн, р — глубина, g — ускорение силы тяжести.

Правильные круговые орбиты превращаются в эллиптические, и у дна частицы начинают двигаться прямолинейно — от берега при прохождении гребня и к берегу при прохождении ложбины. При этом скорость перемещения частиц становится неравномерной: они движутся быстрее к берегу и медленнее от берега. В результате нарушается симметрия волны; гребни сдвигаются вперед, а затем обрушиваются. Возникают прибой у берега и бураны на отмели и на рифах. На подходе к берегу волны часто изменяют свое направление. Это происходит потому, что, двигаясь под углом к берегу, волна в той части, которая раньше вступает на мелководье, начинает испытывать трение, замедляющее движение, в то время как остальная часть волны продолжает двигаться с прежней скоростью. Таким образом, волна постепенно развертывается «фронтом» к берегу.

При землетрясениях возникают сейсмические волны, которые распространяются на всю толщу воды. Такие волны называются цунами. Они могут достигать больших размеров и, обрушиваясь на берег, вызывать огромные разрушения. Скорость распространения цунами от 150 до 900 км/час. Высота их на низменном побережье незначительна, а в узких заливах доходит до 20—30 м.

При неодинаковом атмосферном давлении на разные части моря или озера их поверхность принимает наклонное положение. С прекращением воздействия силы, вызвавшей наклон, поверхность стремится возвратиться в положение равновесия, а это приводит к колебаниям всей массы воды, которые постепенно затухают под влиянием трения. Колебания массы воды происходят около одной или нескольких горизонтальных осей (узлов), остающихся неподвижными. Такие колебания образуют стоячие волны, называемые сейши.

 

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

 

                       

  Рейтинг@Mail.ru    

Внимание! При копировании материалов ссылка на авторов книги обязательна.