Pagpapalaganap ng alon sa mababaw na tubig. Mga alon sa ibabaw ng tubig, gawaing pananaliksik

Kumakaway ibabaw tubig- ay ang pinagsama-samang oscillation ng mga particle ng ibabaw na masa ng tubig sa ilalim ng impluwensya ng isang panlabas na puwersa: hangin, tubig, lindol sa ilalim ng dagat, gumagalaw na barko, atbp. Ang linya kung saan ang lahat ng mga punto ng tuktok ng isang tagaytay ay namamalagi ay tinatawag na harap ng alon (Ang harap ng alon ay maaari lamang ilarawan bilang isang tuwid na linya sa isang maikling distansya na linya; kadalasan ito ay isang makinis na kurba.).

kanin. 19.8. Mga elemento ng alon

kanin. 19.9. Istruktura ng mga ordinaryong alon (top view)

kanin. 19.10. Mga parameter ng alon

Mga parameter ng alon (cross section):

h- taas (Tulad ng makikita mula sa Figure 19.9 (top view ng waves) ang taas ng wave h sa kahabaan ng harap nito ay hindi pareho at mula sa hmin hanggang hmax.); λ - haba; - pagiging matarik; C - bilis ng paggalaw; N°- anggulo sa pagitan ng velocity vector SA at direksyon sa N(hilaga); Ang τ ay ang panahon, ibig sabihin, ang oras kung saan ang alon ay naglalakbay sa haba nito.

Kasama rin sa mga wave parameter ang hugis ng cross section nito, halimbawa:

Maaari nating makilala ang isang uri ng mga alon na tinatawag na "crush", na nakukuha kapag ang mga alon na humigit-kumulang sa parehong taas ay nagsalubong, ngunit nagmumula sa iba't ibang direksyon. Sa dami ng tao Malaking alon Ang kontrol sa mga barko (kabilang ang mga yate) ay mahirap.

« Patay na bukol" ay may makinis, banayad (harmonic) na hugis ng alon, kadalasang may mahabang haba (λ) at nangyayari sa mga kalmadong kondisyon. Ito ay excitement dahil sa inertia kapag wala nang hangin. Ang patay na pag-alon ay maaaring mga alon, na sinusundan ng isang bagyo.

Ang mga alon ay may mga sumusunod na katangian:

sinasalamin mula sa mga hadlang (ang anggulo ng saklaw ay katumbas ng anggulo ng pagmuni-muni);
magkakapatong sa isa't isa: sinasalamin ang alon sa pangunahing isa o mula sa iba't ibang mga mapagkukunan;
pagpapanatili ng pagkawalang-galaw sa loob ng ilang oras (ang mga puwersa na naging sanhi ng mga alon ay tumigil sa pagkilos, at ang mga alon ay patuloy na tumatakbo);
ang mga alon na dulot ng hangin ay hindi palaging gumagalaw sa direksyon ng hangin. Maaaring baguhin ng hangin ang direksyon nito, at ang mga alon ay gagalaw tulad ng dati (muling pagkawalang-galaw);
sa mababaw na tubig, kung saan ang lalim ay mas mababa kaysa sa wavelength, nagbabago ang hugis ng alon, ang haba nito (λ) ay bumababa at ang bilis (s) at taas (h) ay tumataas, ngunit ang panahon (τ) ay nananatiling pareho;
lumulutang na algae, malakas na ulan, mababaw na yelo, at natapong mantika na nagpapakinis sa mga alon.

Sa panahon ng paglangoy sa yate Ang mga parameter ng alon (h at λ) ay tinutukoy ng mata. Ang halaga ng τ ay maaaring masukat sa pamamagitan ng paghahagis ng isang sheet ng papel sa tubig at pagsisimula ng stopwatch sa sandaling lumitaw ang sheet sa tuktok ng tagaytay. Ang stopwatch ay huminto sa ika-11 na hitsura ng dahon sa tuktok ng tagaytay at ang oras na t = 10τ ay nakuha. Ang pag-alam sa τ at λ, maaari nating kalkulahin ang bilis ng alon C=λ/τ.

Ang iba pang mga formula ng pagkalkula ay nagbibigay ng:

SA m/s = 0.65 × τ s 2 (o C knot = 3 × τ s)

C m/s = 1.2√λ m; λ m = 1.56 × τ s 2;

(sa panahon ng bagyo ).

Para sa mga tubig sa loob ng bansa, kung saan ang wave run-up ay ilang kilometro lamang at nangingibabaw ang matarik na alon, gamitin ang formula:

λ m = τ s 2.

Ang mga ibinigay na formula ay tinatayang at wasto para sa mga wave ng average na magnitude sa oras ng kanilang pagmamasid.

Ang bawat yate ay nakikitungo sa hangin at alon kapag naglalayag. Ang lahat ng mga sangkap na ito ay nakakaapekto sa pag-unlad ng yate at hindi lamang maaaring mag-ambag sa pag-unlad nito, ngunit mayroon ding nakakapinsalang epekto. Ang gawain ng yate ay kilalanin ang mga nakakapinsalang salik at bawasan ang kanilang impluwensya sa pinakamababa kung hindi sila maiiwasan (halimbawa, lampasan) at, sa parehong oras, ito ay kanais-nais na samantalahin nang husto ang kanilang mga kapaki-pakinabang na bahagi. Nangyayari rin ito kapag naglalayag sa maalon na tubig.

Sa paparating na mga alon, lalo na kapag ang alon ay matarik at ang haba nito ay 1 ÷ 1.5 beses ang haba ng yate, napakahalaga na pumili ng makinis na mga lugar ng tubig (posible ito! Tingnan ang istraktura ng mga alon, tuktok na view) at hindi direktang idirekta ang yate laban sa paparating na alon - magkakaroon ng isang malakas na suntok, na huminto sa isang yate. Mas mainam na ilantad ang cheekbone sa alon at hayaan ang yate na malumanay na tumaas sa tuktok, at pagkatapos ay bumagsak nang kaunti. Kaya, ang yate ay mag-zigzag sa gitna ng mga alon, pumili ng makinis na mga lugar, pagdaragdag at pag-iwas sa matalim na suntok, at kahit na pabilis, medyo bumabagsak kapag iniiwan ang tuktok sa guwang. Ang landas ng yate ay medyo mas mahaba, ngunit ang pagkawala ng oras sa paglipat ay magiging minimal.
A. Sa buntot o gilid na dagat, ang paglalayag sa yate ay isang kasiyahan. Ang paparating na tagaytay (mas mainam na salubungin ito mula sa backstay) ay kinuha ang yate at dinadala ito pasulong kasama ang slope nito at pinabilis ito. Ang isang pakiramdam ng paglipad ay lumitaw, na maaaring pahabain sa pamamagitan ng tamang pagpili ng isang lugar para sa pagpasa ng crest ng alon sa harap, kung saan ang acceleration ay maaaring muling makuha, atbp. Muli yate ay susunod sa isang pinahabang zigzag path, ngunit sa kasong ito, dahil sa isang makabuluhang pagtaas sa bilis, ang pakinabang ay magiging kapansin-pansin.
B. Kung ang pag-unlad ng yate ay nauuna sa mga alon, ang direksyon ng paggalaw ng yate ay dapat na baguhin upang hindi ito huminto laban sa susunod na bundok ng tubig, ngunit pumunta pahilig dito at muling dinampot ng alon. Ang pinahabang landas ay higit pa sa nabayaran ng tumaas na bilis ng yate. Sa lahat ng mga kaso, kapag umaalis sa tagaytay, medyo nahuhulog sila, at kapag umakyat, sila ay dinala.

Inilarawan ang mga pakikipag-ugnayan mga yate sa pamamagitan ng mga alon ay mabilis nilang nasanay ang timonel sa awtomatikong kontrol. Ito ay nakakagulat, ngunit totoo!

Ang mga alon na nabuo sa libreng ibabaw ng tubig ay nagtatakda ng hangin sa pakikipag-ugnay sa kanila sa paggalaw. Sa karamihan ng mga kaso, ang masa ng hangin na ito ay maaaring mapabayaan kumpara sa masa ng likido. Kung gayon ang presyon sa libreng ibabaw ng likido ay magiging katumbas ng presyon sa atmospera Ipinapakita ng mga obserbasyon na sa pinakasimpleng paggalaw ng alon, ang mga indibidwal na particle ng libreng ibabaw ng tubig ay naglalarawan ng mga tilapon na humigit-kumulang na nag-tutugma sa isang bilog. Sa isang reference frame na gumagalaw kasama ng mga alon sa bilis ng kanilang pagpapalaganap, ang galaw ng alon ay malinaw na isang steady motion (Fig. 80). Hayaang ang bilis ng pagpapalaganap ng alon ay katumbas ng c, ang radius ng bilog na inilarawan ng isang particle ng tubig na matatagpuan sa isang libreng ibabaw ay pantay, at ang panahon ng rebolusyon ng particle na ito kasama ang tilapon nito ay katumbas ng Pagkatapos sa ipinahiwatig na sistema ng sanggunian ang bilis ng kasalukuyang sa wave crests ay magiging katumbas ng

at sa mga labangan ng mga alon

Dahil ang pagkakaiba sa taas sa pagitan ng pinakamataas at pinakamababang posisyon ng mga punto sa libreng ibabaw ay pantay-pantay, ang paglalapat ng equation ni Bernoulli sa streamline na matatagpuan sa libreng surface, nakuha namin ang:

o, pagkatapos palitan sa halip at ang kanilang mga halaga,

kung saan ito sumusunod na

Ang radius ay hindi kasama sa formula na ito, samakatuwid, ang bilis ng pagpapalaganap ng alon ay hindi nakasalalay sa taas ng mga alon. Kapag ang mga alon ay nagpapalaganap, ang wave crest ay gumagalaw sa paglipas ng panahon sa isang distansya na tinatawag na wavelength, samakatuwid,

Inaalis ang panahon mula sa pagkakapantay-pantay (60) at (61), nakukuha natin ang:

Kaya, para sa mga alon sa ibabaw ng tubig, ang kanilang bilis ng pagpapalaganap, hindi katulad ng mga sound wave, ay lubos na nakasalalay sa haba ng daluyong. Ang mga mahahabang alon ay naglalakbay nang mas mabilis kaysa sa maikli. Ang mga alon na may iba't ibang haba ay maaaring magkapatong sa isa't isa nang walang kapansin-pansing kaguluhan sa isa't isa. Sa kasong ito, ang mga maikling alon ay tila itinaas ng mahabang alon, ngunit pagkatapos ay ang mahabang alon ay sumulong, at ang mga maikling alon ay nananatili sa likuran nila. Ang mga streamline sa isang reference frame na nakatigil na may kaugnayan sa hindi nababagabag na tubig ay ipinapakita sa Fig. 81. Mula sa lokasyon ng mga streamline ay malinaw na ang bilis ng tubig ay bumababa nang napakabilis sa pagtaas ng lalim, ibig sabihin, sa proporsyon sa pagbaba ng halaga samakatuwid, sa isang lalim na katumbas ng haba ng daluyong, ang bilis ay ang bilis lamang; ang libreng ibabaw.

kanin. 81. Mga streamline ng paggalaw ng alon

Ang eksaktong teorya ay nagpapakita na ang formula (62) ay may bisa lamang para sa mababang alon, anuman ang kanilang taas. Para sa matataas na alon, ang bilis c ay talagang mas malaki kaysa sa halagang ibinigay ng formula (62). Bilang karagdagan, na may matataas na alon, ang mga tilapon ng mga partikulo ng tubig na matatagpuan sa libreng ibabaw ay hindi sarado: ang tubig sa tuktok ng alon ay nagpapatuloy ng mas malaking distansya kaysa sa distansya kung saan ito bumalik sa labangan ng alon (tingnan ang Fig. kanang bahagi kanin. 81). Dahil dito, na may mataas na alon, ang tubig ay inililipat pasulong.

Para sa mga alon na may maikling haba, isang mahalagang kadahilanan ay, bilang karagdagan sa grabidad, pag-igting sa ibabaw. Ito ay may posibilidad na pakinisin ang ibabaw ng alon, at samakatuwid ang bilis ng pagpapalaganap ng alon ay tumataas. Ipinakikita ng teorya na sa kasong ito ang bilis ng pagpapalaganap ng alon ay katumbas ng

kung saan ang C ay ang capillary constant. Para sa mahabang alon, ang pangunahing papel ay ginagampanan ng unang termino sa ilalim ng root sign, at para sa maikling alon, sa kabaligtaran, ang pangalawang termino. Para sa wavelength

ang bilis ng pagpapalaganap c ay may pinakamababang halaga na katumbas ng

Para sa water dynes/cm, samakatuwid,

Ang mga alon na ang haba ay mas mahaba ay tinatawag na gravitational, at ang mga alon na ang haba ay mas maikli ay tinatawag na capillary.

Ang bilis ng pagpapalaganap ng grupo ay dapat na makilala mula sa bilis ng paggalaw ng mga wave crest, na tinatawag na bilis ng phase (tinawag namin itong bilis ng pagpapalaganap ng alon sa itaas at tinukoy ito ng c).

waves, tinatawag na group velocity at tinutukoy ng c. Ang pinakamadaling paraan upang ipaliwanag ang kahulugan ng konseptong ito ay sa pamamagitan ng halimbawa ng paggalaw na nagreresulta mula sa superposisyon ng dalawang alon na may pantay na amplitude, ngunit bahagyang naiiba ang haba. Magkaroon tayo ng sine wave

kung saan ang A ay amplitude, oras, at ilang mga coefficient. Kapag tumataas ng y o y, ang sine ay tumatagal sa parehong halaga, samakatuwid, ang dami

ay ang wavelength, at ang magnitude

may panahon ng oscillation. Kung

ibig sabihin, kung

kung gayon ang argumento ng sine ay hindi nakasalalay sa oras, samakatuwid ang ordinate y ay hindi nakasalalay sa oras. Nangangahulugan ito na ang buong alon, nang hindi nagbabago ang hugis nito, ay gumagalaw sa kanan nang may bilis

Maglagay tayo ng pangalawang alon sa alon na ito

i.e. isang wave na may parehong amplitude A, ngunit may bahagyang magkakaibang mga halaga

Sa mga puntong iyon ng x axis kung saan ang mga phase ng parehong oscillations ay nag-tutugma, ang amplitude ay pantay sa parehong mga punto kung saan ang mga phase ng parehong oscillations

ay kabaligtaran, ang amplitude ay zero. Ang phenomenon na ito ay tinatawag na beating. Paglalapat ng kilalang formula

kukunin namin:

Sa pagkakapantay-pantay na ito ang termino

ay kumakatawan sa isang alon kung saan ang mga coefficient ay katumbas ng mga average na halaga ng at, ayon sa pagkakabanggit, ang Multiplier

na mabagal na nagbabago para sa maliliit na halaga ng mga pagkakaiba, ay maaaring ituring bilang isang variable amplitude (Larawan 82).

kanin. 82. Talunin

Ang wave group ay nagtatapos sa punto kung saan ang cosine ay nagiging zero. Ang bilis ng paggalaw ng puntong ito, na tinatawag na group velocity c, batay sa mga pagsasaalang-alang na katulad ng mga nauna, ay katumbas ng

Para sa mahabang grupo, i.e. para sa mabagal na mga beats, na may sapat na katumpakan maaari naming ipagpalagay na

Para sa mga alon na nagmumula sa ilalim ng impluwensya ng grabidad, mula sa formula (60) mayroon tayong:

Ngunit, ayon sa pagkakapantay-pantay (65),

kaya naman,

Sa kabilang banda, ang pagpapalit ng halaga mula sa pagkakapantay-pantay (64) sa formula (62), nakukuha natin:

Mula dito, ang pagkakaiba-iba nang may paggalang sa at isinasaisip ang pagkakapantay-pantay (67), makikita natin:

Kaya, ang mga grupo ng mga alon ay naglalakbay sa bilis na c katumbas ng kalahati ng bilis ng bahagi, sa madaling salita, ang mga taluktok sa isang pangkat ng mga alon ay gumagalaw nang dalawang beses sa bilis ng pangkat ng mga alon; sa Likuran mga grupo, ang mga bagong alon ay lilitaw sa lahat ng oras, at sa harap na dulo ng grupo ay nawawala ang mga ito. Ang hindi pangkaraniwang bagay na ito ay napakadaling obserbahan sa mga alon na dulot ng isang bato na nahuhulog sa tahimik na tubig.

Ang lahat ng nasa itaas ay nalalapat hindi lamang sa mga alon sa ibabaw ng tubig, kundi pati na rin sa anumang iba pang mga alon na ang bilis ng phase ay nakasalalay sa haba ng daluyong.

Ang isa pang uri ng grupo ng alon ay ang mga alon na lumilitaw sa ibabaw ng tubig kapag gumagalaw ang isang barko. Ang isang pattern ng alon na halos kapareho sa mga alon ng barko ay madaling makuha kung ang isang puntong pinagmumulan ng pagkagambala sa presyon ay ginawa upang gumalaw sa isang pare-parehong bilis sa ibabaw ng malalim, nagpapahingang tubig. Ang resultang paggalaw ay maaaring pag-aralan sa matematika. Ayon sa mga kalkulasyon ni V. Thomson (panginoong Kelvin), Ekman at iba pa, nakuha ang wave system na ipinapakita sa Fig. 83, kung saan ang mga wave crest ay ipinahiwatig ng mga hilig na linya. Ang sistema ng alon na ito ay gumagalaw kasama ang pinagmulan ng kaguluhan. Ang haba ng transverse waves batay sa formula (62) ay katumbas ng

kung saan ang c ay ang bilis ng paggalaw ng pinagmumulan ng kaguluhan. Kapag ang isang barko ay gumagalaw, dalawang sistema ng naturang mga alon ay nabuo - isa malapit sa busog, ang isa ay malapit sa popa ng barko, at ang mga alon ng parehong mga sistema ay nakakasagabal sa isa't isa.

kanin. 83. Isang sistema ng mga alon na nabuo sa panahon ng pare-parehong paggalaw ng pinagmumulan ng pagkagambala ng presyon sa ibabaw ng tubig

Ang bilis ng pangkat ng mga capillary wave, na madaling maipakita sa pamamagitan ng pagkalkula na katulad ng ginawa para sa mga gravitational wave, ay mas malaki kaysa sa bilis ng phase, ibig sabihin, sa limitadong kaso ng napakaliit na alon, ng 1.5 beses. Dahil dito, kung ang pinagmumulan ng kaguluhan ay gumagalaw sa patuloy na bilis, kung gayon ang mga grupo ng mga alon ay nauuna dito. Malapit sa linya ng isang fishing rod na ibinaba sa isang ilog, ang bilis ng daloy na higit sa 23.3 cm/sec, ang mga capillary wave ay nabuo sa itaas ng agos, at ang mga gravity wave ay nabuo sa ibaba ng agos, at ang huli ay may humigit-kumulang na parehong hugis tulad ng sa Fig. 83, at ang mga una ay naghihiwalay sa itaas ng agos sa anyo ng mga pabilog na arko. Sa bilis ng paggalaw ng pinagmumulan ng kaguluhan na mas mababa sa 23.3 cm/sec, ang mga alon ay hindi nabuo.

Ang mga alon ay maaari ding lumitaw sa ibabaw ng contact ng dalawang likido na may magkakaibang densidad, na matatagpuan sa itaas ng isa. Kung ang parehong mga likido ay hindi gumagalaw at ang kanilang mga densidad ay pantay, kung gayon ang teoretikal na pagkalkula ay nagbibigay ng halaga para sa bilis ng yugto ng mga alon.

Kung ang itaas na likido ay dumadaloy sa bilis na may kaugnayan sa mas mababang isa, kung gayon ang teorya ay nagpapakita na ang mga resultang alon ay matatag lamang kung ang kanilang haba ay sapat na malaki. Ang mga maiikling alon, tulad ng ipinakita sa § 7 para sa paggalaw ng dalawang daloy ng likido sa kahabaan ng interface, ay hindi matatag, na humahantong sa paghahalo ng parehong mga likido sa intermediate zone; ang paghahalo na ito ay nagpapanumbalik ng katatagan ng daloy. Habang tumataas ang bilis, ang hangganan sa pagitan ng kawalang-tatag at katatagan ay gumagalaw patungo sa mga alon na may mas mahabang wavelength. Ang mga alon ng ganitong uri ay maaari ding lumabas sa atmospera sa hangganan ng dalawang patong ng hangin na may magkakaibang densidad na gumagalaw na may kaugnayan sa isa't isa; Minsan ang mga alon na ito ay nakikita sa pamamagitan ng pagbuo ng tinatawag na mga kulot na ulap.

Kapag gumagalaw ang hangin sa ibabaw ng tubig, nabubuo din ang mga alon. Gayunpaman, ang teorya ng naturang mga alon, batay sa pag-aakalang walang friction, ay humahantong sa mga resulta na sumasalungat

katotohanan. Halimbawa, ipinakita ng mga kalkulasyon ni V. Thomson na ang pinakamababang bilis ng hangin na kinakailangan para sa pagbuo ng mga alon sa ibabaw ng tubig ay dapat na isang bilog na numero, at mga alon na may pinakamababang bilis pagpapalaganap cm/sec at wavelength cm (sa mas mataas na bilis ng hangin, siyempre, ang mga alon na may mas mahabang haba ay nakuha). Samantala, sa katotohanan, para sa pagbuo ng mga alon, ang isang hangin na may bilis ay sapat na Ayon sa pananaliksik ni Jeffrey, ito ay ipinaliwanag sa pamamagitan ng katotohanan na dahil sa friction, ang distribusyon ng presyon sa ibabaw ng alon ay nagiging asymmetrical, at samakatuwid ay ang. hangin, kung ang bilis nito ay mas malaki kaysa sa bilis ng phase ng mga alon, ay gumagana sa tuktok ng bawat alon. Motzfeld, sa pamamagitan ng pagsukat ng pamamahagi ng presyon sa ibabaw ng mga modelo ng mga alon ng tubig, natagpuan na ang paglaban na ibinibigay ng hangin sa paggalaw ng mga alon ay proporsyonal sa isa at kalahating antas ng pagkahilig ng ibabaw ng alon sa punto ng inflection na may kaugnayan sa abot-tanaw, pati na rin ang parisukat ng pagkakaiba sa pagitan ng bilis ng hangin at bilis ng phase ng mga alon. Dagdag pa, natuklasan ni Motzfeld sa pamamagitan ng pagkalkula na ang pagkahilig ng ibabaw ng alon sa punto ng inflection, depende sa bilis ng phase c, ay pinakamalaki sa

Ang bilis na ito c ay tumutugma, batay sa formula (62), sa isang wave ng haba

Kung isasaalang-alang natin ang pag-igting sa ibabaw, na hindi isinasaalang-alang ni Motzfeld, kung gayon ang pagkalkula ay nagpapakita na, sa ganap na alinsunod sa mga obserbasyon, ang isang hangin na may bilis na bahagyang lumampas sa 23.3 cm/sec ay sapat upang magdulot ng mga magaan na alon sa ibabaw ng tubig.

Ang mga formula na nakuha sa itaas ay angkop lamang para sa mga alon sa malalim na tubig. Ang mga ito ay tumpak pa rin kung ang lalim ng tubig ay katumbas ng kalahati ng haba ng daluyong. Sa mas mababaw na kalaliman, ang mga partikulo ng tubig sa ibabaw ng alon ay naglalarawan ng elliptical kaysa sa mga pabilog na tilapon, at ang ugnayan sa pagitan ng haba at bilis ng pagpapalaganap ng alon ay mas kumplikado kaysa sa mga alon sa malalim na tubig. Gayunpaman, para sa mga alon sa

sa napakababaw na tubig, pati na rin para sa napakahabang alon sa katamtamang tubig, ang pag-asa na ipinahiwatig muli ay tumatagal ng isang mas simpleng anyo. Sa parehong mga huling kaso, ang mga patayong paggalaw ng mga particle ng tubig sa libreng ibabaw ay napakaliit kumpara sa mga pahalang na paggalaw. Samakatuwid, maaari nating muling ipalagay na ang mga alon ay may humigit-kumulang sinusoidal na hugis. Dahil (ang mga tilapon ng butil ay napaka-flattened ellipses, ang impluwensya ng vertical acceleration sa pamamahagi ng presyon ay maaaring mapabayaan. Pagkatapos, sa bawat vertical ang presyon ay magbabago ayon sa isang static na batas, at ang mga pagkakaiba sa taas ng likido ay tutukoy sa halos pahalang na accelerations lamang. Limitahan namin ang aming sarili dito sa mga kalkulasyon lamang para sa kaso ng paggalaw ng "shaft" ng tubig na ipinapakita sa Fig. 84. Ang mga kalkulasyon na ito ay napaka-simple at gagamitin namin sa hinaharap upang pag-aralan ang pagpapalaganap ng mga kaguluhan sa presyon sa isang compressible. medium (tingnan ang § 2 ng Kabanata IV).

kanin. 84. Shaft sa ibabaw ng tubig

Ipagpalagay na sa ibabaw ng tubig sa itaas ng isang patag na ilalim, isang baras na may lapad na tumataas ang antas ng tubig mula hanggang sa kumakalat sa bilis na c mula kanan papuntang kaliwa. Ang bilis ng paggalaw nito pagkatapos ng pagtaas ng antas ay ilalarawan ng Ang bilis na ito, na hindi naman tumutugma sa bilis ng c ng pagpapalaganap ng baras, ay kinakailangan upang magdulot ng lateral na paggalaw ng dami ng tubig sa paglipat zone malawak sa kanan at sa gayon ay itaas ang antas ng tubig mula sa isang taas sa isang taas Ipagpalagay natin para sa pagiging simple na ang pagkahilig ng baras sa buong lapad nito ay pare-pareho, samakatuwid, ito ay katumbas ng Pagkatapos, sa kondisyon na ang bilis ay maliit. sapat na mapabayaan kung ihahambing sa bilis c ng pagpapalaganap ng baras, ang patayong bilis ng pagtaas ng tubig sa lugar ng baras ay magiging katumbas ng at ang pagkakaiba sa taas ay dapat ding maliit samakatuwid, ang equation na ito nalalapat lamang sa mga mababang shaft, at samakatuwid ang kundisyong nabanggit ay lubos na makatwiran.

Ang kinematic relation (72) ay dapat na sinamahan ng isang dinamikong relasyon, na madaling makuha tulad ng sumusunod. Ang dami ng tubig na may lapad sa lugar ng baras ay nasa pinabilis na paggalaw, dahil ang mga particle na bumubuo sa volume na ito ay nagsisimula sa kanilang paggalaw sa kanang gilid na may bilis na zero, at sa kaliwang gilid mayroon silang mga bilis. Kumuha tayo ng ilang butil ng tubig sa lugar ng baras. Ang oras kung saan ang baras ay dumadaan sa particle na ito ay malinaw na katumbas ng

samakatuwid ang acceleration ng particle ay magiging

Ang dami ng tubig sa lugar ng baras, kung ang kapal nito sa direksyon na patayo sa eroplano ng figure ay kinuha katumbas ng isa, ay may masa kung saan Bilang karagdagan, ang bawat kasunod na swell ay hindi kumakalat sa tubig na walang tigil, ngunit sa tubig na gumagalaw na sa kanan sa isang bilis. ng may hangganang taas.

Ang pag-aaral ng pagpapalaganap ng isang baras ng may hangganan na taas ay maaaring isagawa gamit ang momentum theorem sa eksaktong parehong paraan tulad ng ginawa sa § 13 kapag isinasaalang-alang ang biglaang pagpapalawak ng isang daloy. Upang ang paggalaw ng tubig sa panahon ng pagpapalaganap ng baras ay maituturing na matatag, ang pagkalkula ay dapat isagawa sa isang sistema ng sanggunian na gumagalaw kasama ng baras. Ang bilis ng pagpapalaganap ng baras ng huling taas ay mas malaki kaysa

.
Sa kalikasan, gayunpaman, nakikita natin ang ilang iba pang uri ng paggalaw ng alon. Gaya ng wind-excited waves sa tubig at sand dunes sa mga disyerto, o higanteng spiral waves sa mga disk ng flat galaxies na nasasabik ng isang bagay na hindi alam. O mga cyclone at anticyclone na hindi man lang mukhang alon, ngunit talagang nagmumula sa kanila. Iiwan natin ang huli para sa isang "huli na hapunan", at ngayon ay tatalakayin natin ang mekanismo ng paggulo ng mga alon sa pamamagitan ng paggugupit ng mga paggalaw ng gas at likido.
Ang mekanismong ito ay karaniwang tinatawag Kawalang-tatag ng Kelvin-Helmholtz (NKG). Ito ay tiyak na nagiging sanhi ng kaguluhan ng mga alon sa tubig, mga alon sa buhangin sa ilalim ng tubig malapit sa mga pampang ng mga ilog at dagat, mga buhangin sa mga disyerto, at mga alon ng mga ulap. Alam natin na sa kawalan ng hangin, kalmado ang ibabaw ng tubig sa mga ilog, lawa at dagat. Sa mahinang hangin din. Ngunit sa sapat na kapansin-pansing hangin, ang mga alon ay nasasabik sa ibabaw ng tubig.
Ang hangin ay humihip parallel sa ibabaw ng tubig. At, ito ay tila, dumudulas sa ibabaw ng tubig, hindi ito dapat pukawin ang mga alon. Paano natin mauunawaan ang epekto ng wind exciting waves sa tubig?
Sa mga nakatigil na daloy ng tuluy-tuloy na daluyan, gumagana ang isang kakaibang batas sa pag-iingat, na tinatawag na Ang equation ni Bernoulli:
P/ ρ + v 2 /2 = const,

saanv - ang bilis ng isang particle ng likido o gas sa isang tiyak na punto sa espasyo, P - presyon atρ - density sa parehong punto sa espasyo. Ang kahulugan ng equation na ito ay ang kumbinasyong ipinahiwatig dito ay napanatilistreamlines- ang linya kung saan gumagalaw ang mga particle ng likido (gas).
Sa pamamagitan ng paraan, ang equation ni Bernoulli ay halos kapareho sa batas ng konserbasyon ng enerhiya mula sa pisika ng paaralan. Kung saan ang kabuuang enerhiya ng butil ay pinananatili kasama ang tilapon ng paggalaw nito. Sa loob din nitov 2 /2 + U/ m= E/m=const at may nakikitang pagkakatulad sa pagitanP/ ρ AtU/ m.
Ipagpalagay natin ngayon na ang isang maliit na umbok ay lumilitaw sa ibabaw ng tubig nang nagkataon bilang resulta ng isang pagbabago-bago:

Scheme para sa paggulo ng mga alon ng hangin sa tubig (katatagan Kelvin-Helmholtz).

TUNGKOL SAt ito, ang mga streamline sa hangin sa pinakamalapit na paligid ng pagbabagu-bagong ito ay magiging bahagyang matambok din. Ngunit ang mga umbok na ito ay mabilis na naglalaho habang lumalayo sila sa ibabaw ng tubig. Dahil sa nagresultang convergence ng mga streamline sa hangin sa itaas ng convexity ng ibabaw ng tubig, ang bilis ng hangin sa kanila ay tataas nang bahagya. Dahil ang parehong dami ng hangin ay dapat dumaan sa pinababang cross-section gaya ng sa normal na cross-section sa itaas ng patag na ibabaw ng tubig. At, dahil dito, ang pangalawang termino sa equation ni Bernoulli sa itaas ng convexity ng ibabaw ng tubig ay tumataas, at ang unang termino ay bumababa.
Ano ang mga pangunahing pagbabago sa unang termino - presyon o air density? Intuitively tila na density. Ngunit hindi iyon totoo. Sa katunayan, pagbabagu-bago ng densityδρ sa mahalagang subsonic na daloy ng orderρ ( v/Kasama) ². At sa bilis ng tunog na ~340 m/sec at bilis ng hangin na hanggang 15-17 m/sec, ang pagbabagu-bago ng density ay hindi lalampas sa isang-kapat ng porsyento ng density mismo. Iyon ay, ang hangin sa gayong mga daloy ay nananatiling halos hindi mapipigil. At sa katotohanan, sa itaas ng umbok ng tubig sa pigura, bababa ang presyon sa hangin. Ngunit sa tubig ito ay nananatiling hindi nagbabago. Samakatuwid, ang isang di-makatwirang convexity sa ibabaw ng tubig ay mapipilitang tumaas sa amplitude. Ito ang kakanyahan Kawalang-tatag ng Kelvin-Helmholtz bilang isang mekanismo para sa hangin upang pukawin ang mga alon sa tubig.
Mula sa itaas ay sumusunod na ang anumang simoy ng hangin ay dapat magpasigla ng mga alon sa tubig. Ngunit mula sa karanasan alam natin na ang mahinang hangin ay hindi gumagawa ng mga alon. Ang dahilan nito ay ang nagpapatatag na epekto ng pag-igting sa ibabaw sa interface ng tubig-hangin.Na lumalabas na hindi sapat kapag ang bilis ng hangin ay lumampas sa isang tiyak na kritikal na halaga (sa mga kondisyon Tag-init ng Russia ito ang halaga para sa malinis na tubig- mga 7 m/sec).
Ngunit kung ang hangin ay tumigil sa pag-ihip, pagkatapos ng ilang sandali ang mga alon na nasasabik nito ay namatay din. Dahil humihinto ang daloy ng enerhiya ng hangin sa mga vibrations ng ibabaw ng tubig. At ang pagbabagu-bago sa ibabaw ng tubig ay unti-unting kumukupas dahil sapagkawala ng kanilang enerhiya, dahil sa lagkit ng tubig.
Ang wind-excited water waves ay mahalagang internal gravity waves (IGWs), na inilarawan sa. Ngunit dahil ang sukat ng inhomogeneity ng medium sa vertical na direksyon ay aktwal na katumbas ng zero (ang discontinuity sa density ng medium sa hangganan ng tubig-hangin), ang dalas ng mga alon na ito ω ay tinutukoy hindi ng sukat ng inhomogeneity ng medium, ngunit sa pamamagitan ng wavelength λ. Mula sa parehong dimensional na pagsasaalang-alang tulad ng sa nakaraang talata, tinutukoy namin ang dalas ng mga alon: ω ~ √g/λ, kung saan ang g ay ang acceleration ng gravity (ang sign na "~" ay nasa pagkakasunud-sunod ng magnitude).
Ang Kelvin-Helmholtz instability (KHI) ay nasasabik hindi lamang sa mga system na may speed discontinuity sa wind-stationary water system (makapal na itim na linya sa graph). Nabubuo din ito sa makinis na paggalaw ng paggugupit ng tuluy-tuloy na medium, kung naglalaman ang graph ng profile ng bilis nitoinflection pointkapag dumadaan kung saan ang convex curve ng speed graph ay nagiging malukong (pulang linya sa graph):

Ito ang eksaktong kaso na ating namamasid sa kalangitan sa anyo ng mga ulap na parang alon.
Pagkakamali ni Landau . Sa pinakadulo simula ng digmaan, tinanong ni Lev Landau ang kanyang sarili: Ngunit hindi ba nagpapatatag ang kawalang-tatag ng CG kung ang puwang sa bilis ng daloy ay makabuluhang lumampas sa bilis ng tunog? Ayon sa kanyang medyo tamang kalkulasyon, ito ay naging nagpapatatag. Kung lumampas ang speed gap2√2 bilis ng tunog.
Agad na lumitaw ang isang ideya - sunugin natin ang mga tangke ng Aleman gamit ang isang supersonic jet ng highly flammable liquid! Nagsagawa kami ng mga eksperimento. Hindi ito gumana. At nakalimutan nila ito. At noong 1954 lamang ay naging malinaw na ang Landau sa kanyang mga kalkulasyon ay isinasaalang-alang lamang ang mga kaguluhan sa ibabaw ng isang ring-type na jet. Ngunit hindi ko isinaalang-alang ang mga uri ng turnilyo na kaguluhan. Ngunit ito ay ang mga kaguluhan sa tornilyo na nananatiling hindi matatag sa arbitraryong mataas na bilis ng jet kumpara sa bilis ng tunog.

Kaway(Wave, surge, sea) - nabuo dahil sa pagdirikit ng mga particle ng likido at hangin; dumudulas sa makinis na ibabaw ng tubig, sa una ang hangin ay lumilikha ng mga ripples, at pagkatapos lamang, kumikilos sa mga hilig na ibabaw nito, unti-unting nagkakaroon ng pagkabalisa ng masa ng tubig. Ipinakita ng karanasan na ang mga particle ng tubig ay walang pasulong na paggalaw; gumagalaw lamang patayo. Ang mga alon ng dagat ay ang paggalaw ng tubig sa ibabaw ng dagat na nangyayari sa ilang mga pagitan.

Ang pinakamataas na punto ng alon ay tinatawag suklay o tuktok ng isang alon, at nadir - nag-iisa. taas ng wave ay ang distansya mula sa crest hanggang sa base nito, at haba ito ang distansya sa pagitan ng dalawang tagaytay o talampakan. Ang oras sa pagitan ng dalawang crests o troughs ay tinatawag panahon mga alon.

Pangunahing dahilan

Sa karaniwan, ang taas ng alon sa panahon ng bagyo sa karagatan ay umabot sa 7-8 metro, kadalasan ito ay umaabot sa haba - hanggang 150 metro at hanggang 250 metro sa panahon ng bagyo.

Sa karamihan ng mga kaso, ang mga alon sa dagat ay nabuo sa pamamagitan ng hangin Ang lakas at laki ng naturang mga alon ay nakasalalay sa lakas ng hangin, pati na rin ang tagal at "pagpabilis" nito - ang haba ng landas kung saan kumikilos ang hangin sa tubig. ibabaw. Minsan ang mga alon na tumama sa baybayin ay maaaring magmula sa libu-libong kilometro mula sa baybayin. Ngunit mayroong maraming iba pang mga kadahilanan mga alon ng dagat: ito ang mga puwersa ng tidal ng Buwan, Araw, mga pagbabago sa presyon ng atmospera, mga pagsabog ng mga bulkan sa ilalim ng dagat, mga lindol sa ilalim ng dagat, at ang paggalaw ng mga sasakyang-dagat.

Ang mga alon na nakikita sa ibang mga anyong tubig ay maaaring may dalawang uri:

1) Hangin nilikha ng hangin, na nagiging matatag pagkatapos ng hangin na huminto sa pagkilos at tinatawag na mga matatag na alon, o swell; Ang mga alon ng hangin ay nilikha dahil sa pagkilos ng hangin (paggalaw ng mga masa ng hangin) sa ibabaw ng tubig, iyon ay, iniksyon. Ang dahilan para sa mga oscillatory na paggalaw ng mga alon ay nagiging madaling maunawaan kung mapapansin mo ang epekto ng parehong hangin sa ibabaw ng isang bukid ng trigo. Ang inconstancy ng mga daloy ng hangin, na lumilikha ng mga alon, ay malinaw na nakikita.

2) Mga alon ng paggalaw, o mga nakatayong alon, ay nabuo bilang resulta ng malalakas na pagyanig sa ilalim sa panahon ng lindol o nasasabik, halimbawa, sa pamamagitan ng isang matalim na pagbabago sa atmospheric pressure. Ang mga alon na ito ay tinatawag ding mga solong alon.

Hindi tulad ng tides at agos, ang mga alon ay hindi gumagalaw ng mga masa ng tubig. Ang mga alon ay gumagalaw, ngunit ang tubig ay nananatili sa lugar. Ang bangkang umuuga sa alon ay hindi lumulutang sa alon. Magagawa niyang lumipat nang bahagya sa isang hilig na dalisdis dahil lamang sa puwersa ng grabidad ng lupa. Ang mga particle ng tubig sa isang alon ay gumagalaw sa mga singsing. Ang karagdagang mga singsing na ito ay mula sa ibabaw, nagiging mas maliit ang mga ito at, sa wakas, ganap na nawawala. Ang pagiging nasa isang submarino sa lalim na 70-80 metro, hindi mo mararamdaman ang epekto ng mga alon sa dagat kahit na sa pinakamatinding bagyo sa ibabaw.

Mga uri ng alon sa dagat

Ang mga alon ay maaaring maglakbay ng malalayong distansya nang hindi nagbabago ang hugis at halos hindi nawawalan ng enerhiya, matagal na panahon matapos ang hangin na naging sanhi nito ay humina. Pagbasag sa baybayin, ang mga alon ng dagat ay naglalabas ng napakalaking enerhiya na naipon sa panahon ng paglalakbay. Ang lakas ng patuloy na pagbagsak ng mga alon ay nagbabago sa hugis ng baybayin sa iba't ibang paraan. Ang kumakalat at gumugulong na mga alon ay naghuhugas sa baybayin at samakatuwid ay tinatawag na nakabubuo. Unti-unting sinisira ito ng mga alon na humahampas sa baybayin at dinadala ang mga dalampasigan na nagpoprotekta rito. Kaya pala sila tinawag nakasisira.

Ang mababa, malapad, bilugan na alon na malayo sa baybayin ay tinatawag na swells. Ang mga alon ay nagdudulot ng mga particle ng tubig upang ilarawan ang mga bilog at singsing. Ang laki ng mga singsing ay bumababa nang may lalim. Habang ang alon ay papalapit sa sloping baybayin, ang mga particle ng tubig sa loob nito ay naglalarawan ng mga lalong patag na oval. Papalapit sa baybayin, ang mga alon ng dagat ay hindi na maisara ang kanilang mga oval, at ang alon ay nasira. Sa mababaw na tubig, ang mga particle ng tubig ay hindi na maaaring isara ang kanilang mga ovals, at ang alon ay nasira. Ang mga headlands ay nabuo mula sa mas matigas na bato at mas mabagal ang pagguho kaysa sa mga katabing bahagi ng baybayin. Ang matarik at matataas na alon ng dagat ay nagpapahina sa mga mabatong bangin sa base, na lumilikha ng mga niches. Ang mga bangin kung minsan ay bumagsak. Ang terasa, pinakinis ng alon, ay ang natitira na lamang sa mga batong nawasak ng dagat. Minsan ang tubig ay tumataas sa mga patayong bitak sa bato hanggang sa itaas at bumubulusok sa ibabaw, na bumubuo ng isang funnel. Ang mapanirang puwersa ng mga alon ay nagpapalawak ng mga bitak sa bato, na bumubuo ng mga kuweba. Kapag ang mga alon ay humina sa bato sa magkabilang panig hanggang sa sila ay nagsalubong sa isang break, ang mga arko ay nabuo. Kapag bumagsak ang tuktok ng arko sa dagat, nananatili ang mga haliging bato. Ang kanilang mga pundasyon ay nasira at ang mga haligi ay gumuho, na bumubuo ng mga malalaking bato. Ang mga maliliit na bato at buhangin sa dalampasigan ay bunga ng pagguho.

Ang mapangwasak na mga alon ay unti-unting bumabagsak sa baybayin at nagdadala ng buhangin at maliliit na bato mula sa mga dalampasigan ng dagat. Dinadala ang buong bigat ng kanilang tubig at inalis na materyal sa mga dalisdis at bangin, sinisira ng mga alon ang kanilang ibabaw. Pinipisil nila ang tubig at hangin sa bawat bitak, bawat siwang, madalas na may enerhiyang sumasabog, unti-unting naghihiwalay at nagpapahina sa mga bato. Ang mga sirang bato ay ginagamit para sa karagdagang pagkawasak. Kahit na ang pinakamatigas na bato ay unti-unting nawasak, at ang lupain sa baybayin ay nagbabago sa ilalim ng impluwensya ng mga alon. Maaaring sirain ng mga alon ang dalampasigan sa kamangha-manghang bilis. Sa Lincolnshire, England, ang pagguho (pagkasira) ay sumusulong sa bilis na 2 m bawat taon. Mula noong 1870, nang itayo ang pinakamalaking parola sa Estados Unidos sa Cape Hatteras, tinangay ng dagat ang mga beach na 426 m sa loob ng bansa.

Tsunami

Tsunami Ito ay mga alon ng napakalaking mapanirang kapangyarihan. Ang mga ito ay sanhi ng mga lindol sa ilalim ng dagat o pagsabog ng bulkan at maaaring tumawid sa karagatan nang mas mabilis kaysa sa isang jet plane: 1000 km/h. Sa malalim na tubig, maaari silang maging mas mababa sa isang metro, ngunit, papalapit sa baybayin, bumagal sila at lumalaki hanggang 30-50 metro bago bumagsak, binabaha ang baybayin at tangayin ang lahat sa kanilang landas. 90% ng lahat ng naitalang tsunami ay naganap sa Karagatang Pasipiko.

Ang pinakakaraniwang dahilan.

Humigit-kumulang 80% ng mga kaso ng tsunami generation ay mga lindol sa ilalim ng dagat. Sa panahon ng lindol sa ilalim ng tubig, nangyayari ang magkaparehong patayong pag-aalis sa ilalim: ang bahagi ng ilalim ay lumulubog, at ang bahagi ay tumataas. Ang mga oscillatory na paggalaw ay nangyayari nang patayo sa ibabaw ng tubig, na may posibilidad na bumalik sa orihinal na antas - ang karaniwang antas ng dagat - at bumuo ng isang serye ng mga alon. Hindi lahat ng lindol sa ilalim ng dagat ay may kasamang tsunami. Tsunamigenic (iyon ay, pagbuo ng tsunami wave) ay karaniwang isang lindol na may mababaw na pinagmulan. Ang problema sa pagkilala sa tsunamigenicity ng isang lindol ay hindi pa nalulutas, at ang mga serbisyo ng babala ay ginagabayan ng magnitude ng lindol. Ang pinakamalakas na tsunami ay nabuo sa mga subduction zone. Gayundin, ito ay kinakailangan para sa underwater shock na sumasalamin sa mga oscillations ng alon.

Pagguho ng lupa. Ang mga tsunami ng ganitong uri ay nangyayari nang mas madalas kaysa sa tinatayang noong ika-20 siglo (mga 7% ng lahat ng tsunami). Kadalasan ang lindol ay nagdudulot ng pagguho ng lupa at nagdudulot din ito ng alon. Noong Hulyo 9, 1958, isang lindol sa Alaska ang nagdulot ng pagguho ng lupa sa Lituya Bay. Isang masa ng yelo at mga bato sa lupa ang gumuho mula sa taas na 1100 m Isang alon ang nabuo na umabot sa taas na higit sa 524 m sa kabilang baybayin ng look ay medyo bihira at hindi itinuturing na pamantayan . Ngunit ang mga pagguho ng lupa sa ilalim ng tubig ay nangyayari nang mas madalas sa mga delta ng ilog, na hindi gaanong mapanganib. Ang isang lindol ay maaaring magdulot ng pagguho ng lupa at, halimbawa, sa Indonesia, kung saan ang shelf sedimentation ay napakalaki, ang mga tsunami sa pagguho ng lupa ay lalong mapanganib, dahil ang mga ito ay regular na nagaganap, na nagiging sanhi ng mga lokal na alon na higit sa 20 metro ang taas.

Mga pagsabog ng bulkan humigit-kumulang 5% ng lahat ng mga kaganapan sa tsunami. Ang malalaking pagsabog sa ilalim ng tubig ay may parehong epekto sa mga lindol. Sa malalaking pagsabog ng bulkan, hindi lamang mga alon ang nabuo mula sa pagsabog, ngunit pinupuno din ng tubig ang mga cavity ng erupted material o maging ang caldera, na nagreresulta sa isang mahabang alon. Ang isang klasikong halimbawa ay ang tsunami na nabuo pagkatapos ng pagsabog ng Krakatoa noong 1883. Ang malalaking tsunami mula sa Krakatoa volcano ay naobserbahan sa mga daungan sa buong mundo at sinira ang kabuuang mahigit 5,000 barko at pumatay ng humigit-kumulang 36,000 katao.

Mga palatandaan ng tsunami.

Biglang mabilis ang pag-alis ng tubig mula sa dalampasigan sa isang malaking distansya at ang pagkatuyo ng ilalim. Habang papalayo ang dagat, mas mataas ang tsunami waves. Mga taong nasa baybayin at hindi alam mga panganib, ay maaaring manatili sa labas ng kuryusidad o upang mangolekta ng mga isda at shell. SA sa kasong ito kinakailangang umalis sa baybayin sa lalong madaling panahon at lumipat sa malayo mula dito hangga't maaari - dapat sundin ang panuntunang ito kapag, halimbawa, sa Japan, sa baybayin ng Indian Ocean ng Indonesia, Kamchatka. Sa kaso ng teletsunami, kadalasang lumalapit ang alon nang hindi bumababa ang tubig.
Lindol. Ang sentro ng lindol ay karaniwang nasa karagatan. Sa baybayin, ang lindol ay kadalasang mas mahina, at kadalasan ay walang lindol. Sa mga rehiyong may tsunami, mayroong panuntunan na kung maramdaman ang isang lindol, mas mainam na lumipat pa mula sa baybayin at kasabay nito ay umakyat sa isang burol, kaya naghahanda nang maaga para sa pagdating ng alon.
Hindi pangkaraniwang drift yelo at iba pang lumulutang na bagay, pagbuo ng mga bitak sa mabilis na yelo.
Malaking reverse faults sa mga gilid nakatigil na yelo at mga bahura, ang pagbuo ng mga pulutong, agos.

masasamang alon

masasamang alon(Roaming waves, monster waves, freak waves - anomalous waves) - higanteng alon na lumabas sa karagatan, higit sa 30 metro ang taas, ay may hindi pangkaraniwang pag-uugali para sa mga alon sa dagat.

10-15 taon lamang ang nakalipas, itinuring ng mga siyentipiko ang mga kuwento ng mga mandaragat tungkol sa napakalaking killer wave na lumilitaw nang wala saanman at lumubog ang mga barko bilang maritime folklore lamang. Sa mahabang panahon naglalakbay na alon ay itinuturing na fiction, dahil hindi sila umaangkop sa anumang modelo ng matematika na umiiral sa oras na iyon para sa pagkalkula ng pangyayari at kanilang pag-uugali, dahil ang mga alon na may taas na higit sa 21 metro ay hindi maaaring umiral sa mga karagatan ng planetang Earth.

Ang isa sa mga unang paglalarawan ng isang halimaw na alon ay nagsimula noong 1826. Ang taas nito ay higit sa 25 metro at napansin ito sa karagatang Atlantiko malapit sa Bay of Biscay. Walang naniwala sa mensaheng ito. At noong 1840, ang navigator na si Dumont d'Urville ay nanganganib na lumitaw sa isang pulong ng French Geographical Society at idineklara na nakakita siya ng 35 metrong alon gamit ang kanyang sariling mga mata na biglang lumitaw sa gitna ng karagatan kahit na may maliit na bagyo, at ang kanilang matarik ay kahawig ng manipis na pader ng tubig, ito ay naging mas at higit pa.

Makasaysayang katibayan ng rogue waves

Kaya, noong 1933, ang barko ng US Navy na Ramapo ay nahuli sa isang bagyo sa Karagatang Pasipiko. Sa loob ng pitong araw ang barko ay tinatangay ng alon. At noong umaga ng Pebrero 7, isang baras ng hindi kapani-paniwalang taas ang biglang gumapang mula sa likuran. Una, ang barko ay itinapon sa isang malalim na kalaliman, at pagkatapos ay itinaas halos patayo sa isang bundok ng bumubula na tubig. Ang mga tripulante, na masuwerteng nakaligtas, ay nagtala ng taas ng alon na 34 metro. Gumalaw ito sa bilis na 23 m/sec, o 85 km/h. Sa ngayon, ito ay itinuturing na pinakamataas na rogue wave na nasusukat.

Noong Ikalawang Digmaang Pandaigdig, noong 1942, ang Queen Mary liner ay nagdala ng 16 na libong Amerikanong tauhan ng militar mula sa New York hanggang sa UK (sa pamamagitan ng paraan, isang talaan para sa bilang ng mga taong dinala sa isang barko). Biglang lumitaw ang 28 metrong alon. "Ang itaas na kubyerta ay nasa karaniwan nitong taas, at biglang - bigla - bigla itong bumaba," paggunita ni Dr. Norval Carter, na nakasakay sa masamang barko. Ang barko ay tumagilid sa isang anggulo na 53 degrees - kung ang anggulo ay higit pa sa tatlong degree, ang kamatayan ay hindi maiiwasan. Ang kuwento ng "Queen Mary" ang naging batayan ng Hollywood film na "Poseidon".

Gayunpaman, noong Enero 1, 1995, sa platform ng langis ng Dropner sa North Sea sa baybayin ng Norway, isang alon na may taas na 25.6 metro, na tinatawag na Dropner wave, ay unang naitala ng mga instrumento. Ang proyekto ng Maximum Wave ay nagbigay-daan sa amin na tingnan ang mga sanhi ng pagkamatay ng mga tuyong barko ng kargamento na nagdadala ng mga lalagyan at iba pang mahahalagang kargamento. Ang mga karagdagang pag-aaral ay naitala sa buong tatlong linggo sa globo higit sa 10 solong higanteng alon, ang taas nito ay lumampas sa 20 metro. Bagong proyekto nakatanggap ng pangalang Wave Atlas, na nagbibigay para sa pagsasama-sama ng isang pandaigdigang mapa ng naobserbahang mga alon ng halimaw at ang kasunod na pagproseso at pagdaragdag nito.

Mga sanhi

Mayroong ilang mga hypotheses tungkol sa mga sanhi ng matinding alon. Marami sa kanila ang kulang sa common sense. Karamihan mga simpleng paliwanag ay batay sa pagsusuri ng isang simpleng superposisyon ng mga alon na may iba't ibang haba. Ang mga pagtatantya, gayunpaman, ay nagpapakita na ang posibilidad ng matinding mga alon sa naturang pamamaraan ay masyadong maliit. Ang isa pang kapansin-pansing hypothesis ay nagmumungkahi ng posibilidad ng pagtutok ng enerhiya ng alon sa ilang mga kasalukuyang istruktura sa ibabaw. Ang mga istrukturang ito, gayunpaman, ay masyadong tiyak para sa isang mekanismong nakatuon sa enerhiya upang ipaliwanag ang sistematikong paglitaw ng matinding mga alon. Ang pinaka-maaasahang paliwanag para sa paglitaw ng matinding mga alon ay dapat na nakabatay sa mga panloob na mekanismo ng nonlinear surface wave nang hindi kinasasangkutan ng mga panlabas na kadahilanan.

Kapansin-pansin, ang mga naturang alon ay maaaring parehong mga crest at trough, na kinumpirma ng mga nakasaksi. Ang karagdagang pananaliksik ay nagsasangkot ng mga epekto ng nonlinearity sa mga wind wave, na maaaring humantong sa pagbuo ng mga maliliit na grupo ng mga wave (packet) o indibidwal na waves (solitons) na maaaring maglakbay ng malalayong distansya nang walang makabuluhang pagbabago sa kanilang istraktura. Ang mga katulad na pakete ay naobserbahan nang maraming beses sa pagsasanay. Mga Tampok na Katangian Ang ganitong mga grupo ng mga alon, na nagpapatunay sa teoryang ito, ay sila ay gumagalaw nang nakapag-iisa sa iba pang mga alon at may maliit na lapad (mas mababa sa 1 km), at ang mga taas ay bumaba nang husto sa mga gilid.

Gayunpaman, hindi pa posible na ganap na linawin ang likas na katangian ng mga maanomalyang alon.

Ang anumang lokal na paglabag sa pahalang na ibabaw ng likido ay humahantong sa paglitaw ng mga alon na kumakalat sa ibabaw at mabilis na humihina nang may lalim. Ang paglitaw ng mga alon ay nangyayari dahil sa pinagsamang pagkilos ng gravity at inertial force (gravitational hydrodynamic waves) o surface tension at inertial force (capillary waves).

Ipakita natin ang isang bilang ng mga resulta sa hydrodynamics ng mga surface wave ng isang likido, na kakailanganin natin sa hinaharap. Ang problema ay maaaring makabuluhang pinasimple kung isasaalang-alang natin na ang likido ay perpekto; isinasaalang-alang ang pagwawaldas ay kinakailangan pangunahin para sa mga maliliit na ugat at maikling gravitational wave.

Ipagpalagay na ang mga displacement ng mga likidong particle ay maliit, maaari nating limitahan ang ating sarili sa isang linear na problema at pabayaan ang nonlinear na termino sa Euler equation, na tumutugma sa liit ng wave amplitude kumpara sa haba nito X. Pagkatapos, para sa isang hindi mapipigil na likido, ang paggalaw ng alon sa ibabaw nito nang hindi isinasaalang-alang ang mga puwersa ng pag-igting sa ibabaw ay tinutukoy ng naturang sistema ng mga equation para sa potensyal ( Ipaalala sa iyo na:

Nakadirekta patayo pataas at tumutugma sa hindi nababagabag na ibabaw ng likido).

Para sa isang walang hangganang ibabaw ng likido, na ang lalim ay higit na malaki kaysa sa haba ng daluyong, ang isang tao ay maaaring maghanap ng solusyon sa problema sa anyo ng isang eroplanong hindi magkakatulad na alon na nagpapalaganap sa positibong x direksyon at pamamasa ng lalim:

kung saan ang dalas ng alon at numero ng alon, kung saan ang bilis ng phase. Ang pagpapalit ng halagang ito ng potensyal sa equation (6.1), at isinasaalang-alang din na ang mga solusyon ay may katuturan para sa , nakukuha namin ang expression para sa potensyal:

at nagbibigay-kasiyahan sa kondisyon ng hangganan sa ibabaw ng likido, ang dispersion equation

Kaya, ang bilis ng pangkat ng pagpapalaganap ng isang gravitational wave

samantalang ang bilis ng bahagi ng naturang alon ay

Tulad ng makikita, ang mga gravitational wave ay may dispersion; Habang tumataas ang wavelength, tumataas ang bilis ng kanilang phase.

Ang isang kawili-wiling tanong ay kung ano ang pamamahagi ng mga bilis ng mga particle ng likido sa isang alon; ito ay matatagpuan sa pamamagitan ng pagkakaiba ng potensyal (6.3) na may paggalang sa x.

kanin. 1.4. Dispersion curve para sa gravity-capillary waves sa ibabaw ng malalim na tubig sa isang rehiyon kung saan parehong makabuluhan ang g at a.

Ipinakikita ng pagsasaalang-alang na ang mga likidong particle sa isang alon ay naglalarawan ng paggalaw na humigit-kumulang sa isang bilog (sa paligid ng kanilang mga punto ng equilibrium), ang radius na kung saan ay bumababa nang malaki sa lalim. Sa lalim na katumbas ng isang wavelength, ang amplitude nito ay humigit-kumulang 535 beses na mas mababa kaysa malapit sa ibabaw. Ang mga resultang ipinakita ay nalalapat sa mga alon sa malalim na tubig, kung saan ang h ay ang lalim ng likido. Kung ang kabaligtaran na kaso ay nangyayari (halimbawa, ang mga alon ay kumakalat sa isang channel na may hangganan ngunit maliit na lalim), kung gayon

Tulad ng nakikita mo, ang mga naturang alon ay walang pagpapakalat.

Isinasaalang-alang ang Laplace capillary force dahil sa pag-igting sa ibabaw 0,

ibig sabihin, hindi tulad ng mga gravitational wave, ang bilis ng mga capillary wave ay tumataas sa pagbaba ng wavelength. Ang pinagsamang pagkilos ng grabidad at pag-igting sa ibabaw ay tinutukoy ng sumusunod na dispersion equation (malalim na tubig):

Sa Fig. Ipinapakita ng Figure 1.4 ang dependence ng phase velocity ng wave propagation sa ibabaw ng isang likido sa wavelength para sa tubig ayon sa expression (6.9). Mula sa figure na ito ay malinaw na sa cm mayroong isang minimum na bilis ng ibabaw waves, na kung saan ay halo-halong gravity-capillary waves.

Ang mga resulta na ipinakita ay para sa one-dimensional linear waves sa kawalan ng dissipation. Bilang karagdagan, pinaniniwalaan na ang mga alon ay regular at nagpapalaganap sa isang direksyon. Ang mga alon na lumilitaw kapag ang isang barko ay gumagalaw sa tahimik na tubig o kapag papalapit sa isang mababaw na baybayin ay talagang kumakatawan

mga regular na kaguluhan. Ang mga alon sa ibabaw ng isang likido na lumabas sa ilalim ng impluwensya ng hangin ay nakararami nang random - gumagalaw sila sa iba't ibang direksyon at may iba't ibang mga frequency at amplitudes; Ganito talaga ang larawang nakikita natin kapag nasa barko tayo sa laot sa mahangin na panahon.

Ang attenuation ng gravitational waves na may wavelength na mas mahaba kaysa sa isang metro ay maliit, ngunit ito ay mas malaki pa rin kaysa sa sumusunod mula sa linear theory. Ang pagkakaibang ito ay malinaw na sanhi ng mga prosesong nauugnay sa nonlinearity sa pagpapalaganap ng gravitational at capillary waves. Kaya, kung ang isang alon ay kumakalat sa mababaw na tubig na may bilis ng phase , kung gayon ang naturang alon ay walang dispersion. Habang ito ay nagpapalaganap, ang profile nito ay nagiging mas matarik dahil sa katotohanan na ang itaas na mga particle ng daluyan, kung saan ang lalim na h ay mas malaki kaysa sa mas mababang mga particle, ay lilipat nang mas mabilis, ayon sa (6.7), at ang alon ay magsisimula upang mapuspos; kapag papalapit sa dalampasigan, isang alon ang bumagsak sa kanya. Ang epekto ng pagwawalis ay pinahusay din dahil habang bumababa ang lalim na h, tumataas ang amplitude ng alon ayon sa batas ng konserbasyon ng flume ng enerhiya dahil sa pagbaba cross section layer ng tubig. Sa paglago, ang mga nonlinear na epekto ay nagiging mas malakas. Ang proseso ng "steepening" ng mga alon sa panahon ng kanilang pagpapalaganap ay nangyayari din sa malalim na tubig dahil sa nonlinearity ng mga equation ng paggalaw. Ang teorya ng nonlinear waves sa ibabaw ng isang likido ay nakatanggap ng malaking pag-unlad sa Kamakailan lamang, bagaman ang unang gawain sa direksyong ito ay ginawa sa pagtatapos ng huling siglo.

Kung mayroong ilang mga alon, nakikipag-ugnayan sila sa isa't isa nang hindi linear; Ang prinsipyo ng superposition para sa mga wave na may hangganan na amplitude ay hindi na sinusunod. Ang mga kondisyon para sa nonlinear na pakikipag-ugnayan ng mga gravitational wave, dahil sa kanilang mga katangian ng pagpapakalat, ay iba kawili-wiling mga tampok, na wala tayong pagkakataong pag-isipan dito. Napansin lamang namin na ang aktwal na umiiral na pakikipag-ugnayan ng mga random na alon ng may hangganan na amplitude sa prinsipyo ay nagpapaliwanag ng higit na higit na pagpapahina ng mga alon sa ibabaw kaysa sa hinulaang linear na teorya. Ang mekanismo ng pagsipsip ay gumagana dahil sa nonlinear na pakikipag-ugnayan; Ang enerhiya mula sa rehiyon ng maliliit na mga numero ng alon (mahabang alon) ay ibinubomba sa rehiyon ng mas maiikling haba ng daluyong at, sa wakas, sa rehiyon ng capillary ng spectrum, kung saan ito ay tuluyang nawawala dahil sa lagkit, na nagiging init.

Sa ch. 3 haharapin natin ang mga nonlinear na sound wave at babalik sa mga tanong tungkol sa interaksyon ng mga wave sa ibabaw ng isang likido.