Волнение водной поверхности

Волнение водной поверхности — частный случай ритмических колебательных движений в природе. При движении одной жидкой массы по другой на плоскости их соприкосновения неизбежно возникают волны.

Волнение водоемов вызывается движением над ними воздушной массы — ветром. При малых скоростях ветра (около 0,25 м/сек) от трения воздуха о воду возникает рябь — система мелких равномерных волн. Они появляются при каждом порыве ветра и мгновенно затухают. При усилении ветра вода испытывает не только трение, но и удары, и при скорости ветра больше 1,0 м/сек устанавливаются волны.

Правильная волна, то есть такая, вершина которой не сорвана ветром, имеет трохоидальную форму. Все водные частицs? Равномерно двигаясь, описывают круговые орбиты около уровня равновесия. Движутся частицы в одну сторону.

В каждый отрезок времени они находятся в разных точках орбиты, это и есть система волн.

Следовательно, волнение представляет собой колебание водной поверхности вверх и вниз около среднего уровня.

Правильная волна характеризуется следующими элементами:

Подошва — наиболее низкая часть волны;

Гребень — самая высокая часть волны;

Крутизна волны — угол между ее профилем (склоном) и горизонтальной плоскостью;

Высота волны — расстояние по вертикали между подошвой и гребнем;

Длина волны — расстояние между двумя подошвами или двумя гребнями.

Быстрота продвижения волн характеризуется их скоростью и периодом.

Скорость волны — расстояние, пробегаемое гребнем (или подошвой) в единицe времени, обычно в секунду.

Период волны равен промежутку времени между прохождением через одну и ту же точку двух последовательных гребней или подошв.

Наибольшие ветровые волны образуются в южном полушарии, где океан непрерывен и где западные ветры постоянны и сильны. Здесь волны достигают 13 м высоты и 400 м длины. Скорость таких волн характеризуется величиной в 20 м/сек, период — 20 сек. В морях волн меньше, даже в Средиземном море они достигают только 5 м.

Под действием ветра волны деформируются. Прежде всего, от ударов ветра нарушается трохоидальная форма, гребень срывается, образуются «барашки». При этом поверхностные частицы получают некоторое поступательное движение. Предмет (например, лодка), находящийся на воде, перемещается благодаря эффекту парусности.

При приближении к берегу на мелководье в результате трения о дно скорость ветра убывает, но возрастает их высота и крутизна. У самого берега волны опрокидываются и образуют прибой. Ветровые волны несут огромную и неисчерпаемую энергию.

Огромные волны — цунами — возникают от землетрясений, моретрясений и извержений прибрежных или подводных вулканов. При взрыве вулкана Кракатау в 1883 году образовалась волна высотой 35 м и длиной 524 км. Она перемещалась со скоростью 189 м/сек. Через 23 часа 31 мин она достигла мыса Горн, конечно, уже сильно ослабленная и уменьшенная.