Bangų elgesys dideliuose vandens telkiniuose. Bangos ant vandens

Banga(Banga, banga, jūra) - susidaro dėl skysčio ir oro dalelių sukibimo; slysdamas lygiu vandens paviršiumi, iš pradžių oras sukuria raibuliavimą, o tik paskui, veikdamas jo pasvirusius paviršius, pamažu vystosi vandens masės sujudimas. Patirtis parodė, kad vandens dalelės nejuda į priekį; juda tik vertikaliai. Jūros bangos – vandens judėjimas jūros paviršiuje, vykstantis tam tikrais intervalais.

Aukščiausias bangos taškas vadinamas šukos arba bangos viršūnė, o žemiausias taškas yra padas. Aukštis bangos yra atstumas nuo keteros iki jos pagrindo ir ilgio tai atstumas tarp dviejų keterų arba padų. Laikas tarp dviejų keterų arba duburių vadinamas laikotarpį bangos.

Pagrindinės priežastys

Vidutiniškai bangos aukštis per audrą vandenyne siekia 7–8 metrus, dažniausiai ji gali ištįsti į ilgį – iki 150 metrų, o per audrą – iki 250 metrų.

Daugeliu atvejų jūros bangas formuoja vėjas. Tokių bangų stiprumas ir dydis priklauso nuo vėjo stiprumo, taip pat nuo jo trukmės ir „pagreičio“ – kelio, kuriuo vėjas veikia vandenį, ilgio. paviršius. Kartais pakrantę smogusios bangos gali kilti tūkstančius kilometrų nuo kranto. Tačiau jūros bangų atsiradimą lemia ir daug kitų veiksnių: tai Mėnulio ir Saulės potvynių ir atoslūgių jėgos, atmosferos slėgio svyravimai, povandeninių ugnikalnių išsiveržimai, povandeniniai žemės drebėjimai, jūrų laivų judėjimas.

Kituose vandens telkiniuose stebimos bangos gali būti dviejų tipų:

1) Vėjas sukurtas vėjo, įgyjantis pastovų charakterį vėjui nustojus veikti ir vadinamas nusistovėjusiomis bangomis arba bangavimu; Vėjo bangos susidaro dėl vėjo įtakos (oro masių judėjimo) vandens paviršiuje, tai yra injekcijos. Bangų virpesių judesių priežastis tampa nesunkiai suprantama, jei kviečių lauko paviršiuje pastebite to paties vėjo poveikį. Aiškiai matomas vėjo srautų, sukeliančių bangas, nepastovumas.

2) Judėjimo bangos, arba stovinčios bangos, susidaro dėl stiprių drebėjimų dugne žemės drebėjimų metu arba sužadinamos, pavyzdžiui, smarkiai pasikeitus atmosferos slėgiui. Šios bangos taip pat vadinamos pavienėmis bangomis.

Skirtingai nuo potvynių ir srovių, bangos nejudina vandens masių. Bangos juda, bet vanduo lieka vietoje. Ant bangų siūbuojanti valtis kartu su banga neplaukia. Ji galės šiek tiek judėti pasvirusiu šlaitu tik dėl žemės gravitacijos jėgos. Vandens dalelės bangoje juda žiedais. Kuo toliau šie žiedai yra nuo paviršiaus, tuo mažesni jie tampa ir galiausiai visiškai išnyksta. Būdami povandeniniame laive 70-80 metrų gylyje, jūros bangų poveikio nepajusite net per smarkiausią audrą paviršiuje.

Jūros bangų rūšys

Bangos gali nukeliauti didelius atstumus nekeisdamos formos ir praktiškai neprarasdamos energijos, ilgai po to, kai jas sukėlęs vėjas nurimo. Lūždamos į krantą jūros bangos išskiria milžinišką kelionės metu sukauptą energiją. Nuolat lūžtančių bangų jėga įvairiai keičia kranto formą. Plintančios ir riedančios bangos plauna krantą ir todėl vadinamos konstruktyvus. Į krantą besidaužančios bangos pamažu ją naikina ir išplauna saugančius paplūdimius. Dėl to jie ir vadinami destruktyvus.

Žemos, plačios, suapvalintos nuo kranto bangos vadinamos bangomis. Dėl bangų vandens dalelės apibūdina apskritimus ir žiedus. Žiedų dydis mažėja didėjant gyliui. Bangai artėjant prie nuožulnaus kranto, joje esančios vandens dalelės apibūdina vis labiau suplokštėjusius ovalus. Artėjant prie kranto jūros bangos nebegali uždaryti ovalų, banga lūžta. Sekliame vandenyje vandens dalelės nebegali uždaryti ovalų, banga nutrūksta. Iškyšuliai susidaro iš kietesnių uolienų ir ardo lėčiau nei gretimos pakrantės atkarpos. Stačios, aukštos jūros bangos griauna uolėtas uolas prie pagrindo, sukurdamos nišas. Uolos kartais griūva. Iš jūros sugriautų uolų beliko tik bangų išlyginta terasa. Kartais vanduo kyla išilgai vertikalių uolos plyšių į viršų ir išsiveržia į paviršių, sudarydamas piltuvą. Ardomoji bangų jėga išplečia uolos plyšius, formuojasi urvai. Kai bangos susidėvi prie uolos iš abiejų pusių, kol susikerta per lūžį, susidaro arkos. Arkos viršūnei nukritus į jūrą, lieka akmeniniai stulpai. Jų pamatai yra pakirsti, o stulpai griūva ir susidaro rieduliai. Paplūdimyje esantys akmenukai ir smėlis yra erozijos pasekmė.

Destruktyvios bangos pamažu ardo pakrantę ir neša iš jūros paplūdimių smėlį ir akmenukus. Ant šlaitų ir uolų nunešdamos visą savo vandens ir išplautų medžiagų svorį, bangos ardo jų paviršių. Jie išspaudžia vandenį ir orą į kiekvieną plyšį, kiekvieną plyšį, dažnai su sprogstamąja energija, palaipsniui atskirdami ir silpnindami uolienas. Suskilusios uolienos fragmentai naudojami tolimesniam sunaikinimui. Net ir kiečiausios uolos palaipsniui sunaikinamos, o pakrantėje esanti žemė keičiasi bangų įtakoje. Bangos nuostabiu greičiu gali sunaikinti pajūrį. Linkolnšyre, Anglijoje, erozija (naikinimas) progresuoja 2 m greičiu per metus. Nuo 1870 m., kai Hateraso kyšulyje buvo pastatytas didžiausias JAV švyturys, jūra išplovė paplūdimius 426 m žemyne.

Cunamis

Cunamis Tai didžiulės griaunamosios galios bangos. Jie atsiranda dėl povandeninių žemės drebėjimų ar ugnikalnių išsiveržimų ir gali kirsti vandenynus greičiau nei reaktyvinis lėktuvas: 1000 km/val. Giliuose vandenyse jos gali siekti ir mažiau nei metrą, tačiau, priartėjus prie kranto, sulėtėja ir užauga iki 30-50 metrų, kol sugriūva užlieja krantą ir nušluoja viską savo kelyje. 90% visų užregistruotų cunamių įvyko Ramiajame vandenyne.

Dažniausios priežastys.

Apie 80% cunamių generavimo atvejų yra povandeniniai žemės drebėjimai. Žemės drebėjimo metu po vandeniu įvyksta abipusis vertikalus dugno poslinkis: dalis dugno grimzta, o dalis kyla. Virpesių judesiai vyksta vertikaliai vandens paviršiuje, linkę grįžti į pradinį lygį – vidutinį jūros lygį – ir generuoti bangų seriją. Ne kiekvieną povandeninį žemės drebėjimą lydi cunamis. Cunamigeninis (ty cunamio bangos generavimas) paprastai yra žemės drebėjimas, kurio šaltinis yra negilus. Žemės drebėjimo cunamogeniškumo atpažinimo problema dar neišspręsta, o perspėjimo tarnybos vadovaujasi žemės drebėjimo dydžiu. Galingiausi cunamiai susidaro subdukcijos zonose. Taip pat būtina, kad povandeninis smūgis rezonuotų su bangų svyravimais.

Nuošliaužos. Šio tipo cunamiai pasitaiko dažniau, nei buvo apskaičiuota XX amžiuje (apie 7 % visų cunamių). Dažnai žemės drebėjimas sukelia nuošliaužą ir taip pat sukelia bangą. 1958 metų liepos 9 dieną žemės drebėjimas Aliaskoje sukėlė nuošliaužą Litujos įlankoje. Iš 1100 m aukščio griuvo ledo ir žemės uolienų masė. Priešingame įlankos krante susidarė daugiau nei 524 m aukštį pasiekusi banga. Tokie atvejai yra gana reti ir nelaikomi standartu . Tačiau povandeninės nuošliaužos daug dažniau pasitaiko upių deltose, kurios yra ne mažiau pavojingos. Dėl žemės drebėjimo gali kilti nuošliauža, o, pavyzdžiui, Indonezijoje, kur šelfų nuosėdos yra labai didelės, nuošliaužų cunamiai yra ypač pavojingi, nes jie vyksta reguliariai, sukelia vietines daugiau nei 20 metrų aukščio bangas.

Vulkanų išsiveržimai sudaro apie 5 % visų cunamių įvykių. Dideli povandeniniai išsiveržimai turi tokį patį poveikį kaip ir žemės drebėjimai. Didelių ugnikalnių sprogimų metu nuo sprogimo ne tik susidaro bangos, bet vanduo užpildo ir išsiveržusios medžiagos ertmes ar net kalderą, todėl susidaro ilga banga. Klasikinis pavyzdys yra cunamis, kilęs po Krakatau išsiveržimo 1883 m. Didžiuliai cunamiai iš Krakatau ugnikalnio buvo stebimi viso pasaulio uostuose ir iš viso sunaikino daugiau nei 5000 laivų ir žuvo apie 36 000 žmonių.

Cunamio požymiai.

• Staiga greitai vandens pasitraukimas iš kranto per nemažą atstumą ir dugno išdžiūvimas. Kuo toliau jūra tolsta, tuo didesnės gali būti cunamio bangos. Žmonės, kurie yra ant kranto ir nežino apie pavojų, gali likti iš smalsumo arba rinkti žuvis ir kriaukles. Tokiu atveju būtina kuo greičiau palikti krantą ir pasitraukti kuo toliau nuo jo – šios taisyklės reikėtų laikytis, kai, pavyzdžiui, Japonijoje, Indijos vandenyno pakrantėje Indonezijoje ar Kamčiatkoje. Telecunamio atveju banga dažniausiai artėja vandeniui nesitraukiant.
• Žemės drebėjimas. Žemės drebėjimo epicentras dažniausiai yra vandenyne. Pakrantėje žemės drebėjimas dažniausiai būna daug silpnesnis, o dažnai visai nebūna. Regionuose, kuriuose vyrauja cunamiai, galioja taisyklė, kad pajutus žemės drebėjimą geriau pasitraukti toliau nuo pakrantės ir tuo pačiu kopti į kalvą, taip iš anksto pasiruošus bangos atėjimui.
• Neįprastas dreifas ledas ir kiti plūduriuojantys objektai, greitojo ledo plyšių susidarymas.
• Dideli atbulinės eigos gedimai nejudančio ledo ir rifų pakraščiuose, susiformuoja minios ir srovės.

nesąžiningos bangos

nesąžiningos bangos(Roaming bangos, monster waves, freak waves - anomaly waves) - milžiniškos bangos, kylančios vandenyne, daugiau nei 30 metrų aukščio, turi neįprastą jūros bangoms elgesį.

Vos prieš 10-15 metų mokslininkai laikė jūreivių pasakojimus apie milžiniškas žudikų bangas, atsirandančias iš niekur ir skęstančius laivus, tiesiog jūriniu folkloru. Ilgą laiką klajojančios bangos buvo laikomi fikcija, nes jie netilpo į jokį tuo metu egzistavusį matematinį modelį įvykiui ir jų elgesiui apskaičiuoti, nes Žemės planetos vandenynuose negali egzistuoti bangos, kurių aukštis viršija 21 metrą.

Vienas pirmųjų monstrų bangos aprašymų datuojamas 1826 m. Jo aukštis siekė daugiau nei 25 metrus ir buvo pastebėtas Atlanto vandenyne prie Biskajos įlankos. Niekas netikėjo šia žinia. O 1840 metais šturmanas Dimontas d'Urvilis surizikavo pasirodyti Prancūzijos geografų draugijos posėdyje ir pareikšti, kad savo akimis matė 35 metrų bangą kurios staiga pasirodė vandenyno viduryje net ir su maža audra, o jų statumas priminė grynas vandens sienas, jo vis labiau.

Istoriniai nesąžiningų bangų įrodymai

Taigi 1933 metais JAV karinio jūrų laivyno laivas „Ramapo“ buvo pakliuvęs į audrą Ramiajame vandenyne. Septynias dienas laivą mėtė bangos. O vasario 7-osios rytą netikėtai iš paskos išniro neįtikėtino aukščio šachta. Pirmiausia laivas buvo įmestas į gilią bedugnę, o po to beveik vertikaliai pakeltas ant putojančio vandens kalno. Ekipažas, kuriam pasisekė išgyventi, užfiksavo 34 metrų bangos aukštį. Jis judėjo 23 m/s, arba 85 km/h greičiu. Kol kas tai laikoma aukščiausia kada nors išmatuota nesąžininga banga.

Per Antrąjį pasaulinį karą, 1942 m., laineris „Queen Mary“ iš Niujorko į JK gabeno 16 tūkstančių amerikiečių karių (beje, rekordinis žmonių, gabentų vienu laivu), skaičius. Staiga pasirodė 28 metrų banga. „Viršutinis denis buvo įprastame aukštyje ir staiga – staiga – staiga nukrito“, – prisiminė nelemtame laive buvęs daktaras Norvalas Carteris. Laivas pasviro 53 laipsnių kampu – jei kampas būtų buvęs net trimis laipsniais didesnis, mirtis būtų neišvengiama. „Karalienės Marijos“ istorija sudarė Holivudo filmo „Poseidonas“ pagrindą.

Tačiau 1995 metų sausio 1 dieną Dropner naftos platformoje Šiaurės jūroje prie Norvegijos krantų pirmą kartą instrumentais buvo užfiksuota 25,6 metro aukščio banga, vadinama Dropnerio banga. Projektas „Maksimali banga“ leido naujai pažvelgti į sausakrūvių laivų, gabenusių konteinerius ir kitus svarbius krovinius, žūties priežastis. Tolesni tyrimai užfiksavo per tris savaites visame pasaulyje daugiau nei 10 pavienių milžiniškų bangų, kurių aukštis viršijo 20 metrų. Naujasis projektas pavadintas „Wave Atlas“, kuriame numatyta sudaryti pasaulinį stebimų monstrų bangų žemėlapį ir vėliau jį apdoroti bei papildyti.

Priežastys

Yra keletas hipotezių apie ekstremalių bangų priežastis. Daugeliui jų trūksta sveiko proto. Paprasčiausi paaiškinimai pagrįsti paprastos skirtingo ilgio bangų superpozicijos analize. Tačiau vertinimai rodo, kad ekstremalių bangų tikimybė tokioje schemoje yra per maža. Kita dėmesio verta hipotezė rodo galimybę sutelkti bangų energiją kai kuriose paviršiaus srovės struktūrose. Tačiau šios struktūros yra per daug specifinės, kad energijos fokusavimo mechanizmas paaiškintų sistemingą ekstremalių bangų atsiradimą. Patikimiausias ekstremalių bangų atsiradimo paaiškinimas turėtų būti pagrįstas vidiniais netiesinių paviršinių bangų mechanizmais, neįtraukiant išorinių veiksnių.

Įdomu tai, kad tokios bangos gali būti ir keteros, ir įdubos, tai patvirtina ir liudininkai. Tolesni tyrimai susiję su vėjo bangų netiesiškumo poveikiu, dėl kurio gali susidaryti mažos bangų grupės (paketai) arba atskiros bangos (solitonai), kurios gali nukeliauti didelius atstumus, reikšmingai nepakeisdamos savo struktūros. Panašūs paketai taip pat daug kartų buvo pastebėti praktikoje. Tokioms bangų grupėms būdingi bruožai, patvirtinantys šią teoriją, yra tai, kad jos juda nepriklausomai nuo kitų bangų ir yra mažo pločio (mažiau nei 1 km), o aukštis kraštuose smarkiai mažėja.

Tačiau iki galo išsiaiškinti anomalių bangų prigimtį dar nepavyko.

Pabandykite suskaičiuoti, kiek spalvų yra vaivorykštėje. Šios užduoties atlikti negalima. Tarp raudonos ir oranžinės, mėlynos ir žalsvai mėlynos spalvos juostelių, taip pat tarp bet kokių gretimų juostelių nėra ryškių ribų: tarp jų yra daug pereinamųjų tonų. Ne visus spalvų atspalvius galima atskirti akimis. Dažnai sunku nustatyti, ar spalva yra „arčiau mėlynos“ ar „arčiau mėlynos“.

Ar šiuo atveju neįmanoma kiekvienam spinduliui rasti tikslesnę charakteristiką nei jo spalva? Fizikai rado tokią charakteristiką – ir labai tikslią.

Taip atsitiko dėl šviesos banginių savybių atradimo.

Kas yra bangos ir kokios jų savybės?

Aiškumo dėlei pirmiausia susipažinsime su bangomis vandens paviršiuje.

Visi žino, kad vandens bangos yra skirtingos. Vos pastebimas bangavimas slenka per tvenkinį, švelniai purtydamas žvejo kamštį; jūros platybėse didžiulės vandens šachtos sūpuoja vandenynu plaukiančius garlaivius. Kuo bangos skiriasi viena nuo kitos? Norėdami atsakyti į šį klausimą, pažiūrėkime, kaip kyla vandens bangos.

Kaip vandens bangų žadintuvą imsime prietaisą, parodytą Fig. 3. Kai variklis A sukasi ekscentriką B, strypas B ritmiškai juda aukštyn ir žemyn, pasinerdamas į vandenį į skirtingą gylį. Iš jo bangos sklinda apskritimų su vienu centru pavidalu (4 pav.). Jie atstovauja kintamų keterų ir įdubimų seriją.

Atstumas tarp gretimų keterų ar įdubų vadinamas bangos ilgiu ir paprastai žymimas graikiška raide X (lambda). Padidinkime variklio apsisukimų skaičių, taigi ir strypo virpesių dažnį, per pusę. Tada per tą patį laiką pasirodančių bangų skaičius bus dvigubai didesnis. Tačiau bangos ilgis dabar bus perpus trumpesnis. Per vieną sekundę sukuriamų bangų skaičius vadinamas bangos dažniu. Paprastai jis žymimas graikiška raide V (nu).

Tegul kamštiena plūduriuoja ant vandens. Veikiamas keliaujančios bangos, jis svyruos. Prie kamščio artėjanti ketera pakels ją aukštyn, o vėlesnė įduba nuleis žemyn. Per sekundę kamštis pakels tiek keterų (ir nuleis tiek lovių), kiek per tą laiką susidaro bangos. Ir šis skaičius yra bangos V dažnis. Tai reiškia, kad kištukas svyruos dažniu V. Taigi, aptikę bangų veikimą, galime nustatyti jų dažnį bet kuriame jų sklidimo taške.

Paprastumo dėlei manysime, kad bangos nesuyra. Neslopintų bangų dažnis ir ilgis yra tarpusavyje susiję paprastu dėsniu. V bangos susidaro per sekundę. Visos šios bangos tilps į tam tikrą segmentą. Pirmoji banga, susidariusi antrojo pradžioje, pasieks šio segmento pabaigą; jis yra atskirtas nuo šaltinio atstumu, lygiu bangos ilgiui, padaugintam iš dažnio. Bet atstumas, kurį banga nukeliauja per sekundę, yra bangos greitis V. Taigi, = Jei žinomas bangos ilgis ir bangos sklidimo greitis, tada

Galite nustatyti dažnį V, būtent: V - y.

Dažnis ir bangos ilgis yra pagrindinės jų charakteristikos; Šios savybės išskiria kai kurias bangas nuo kitų.

Be dažnio (arba bangos ilgio), blokai skiriasi ir keterų aukščiu (arba lovių gyliu). Bangos aukštis matuojamas nuo horizontalaus poilsio vandens paviršiaus lygio. Tai vadinama amplitude.

Šviesos evoliucija Šiuolaikinis pasaulis švyti ryškiomis spalvomis net iš kosmoso: kosminės stotys ir laive esantys įgula naktį gali pamatyti nuostabų vaizdą: švytintį ryškių miesto šviesų tinklą. Tai produktas...

Mūsų istorija eina į pabaigą. Dabar sužinojome, kokius galingus teorinius ir praktinius ginklus žmogus gavo studijuodamas šviesos atsiradimo ir sklidimo dėsnius ir koks sunkus kelias buvo juos suprasti...

Šiuolaikinė pramonė kelia itin aukštus reikalavimus metalų kokybei. Šiuolaikinės mašinos ir įrankiai veikia esant įvairiausioms temperatūroms, slėgiams, greičiams, elektriniams ir magnetiniams laukams. Paimkite, pavyzdžiui, pjovimo įrankį. ...

• Trinties bangos:
  
  
  • vėjas, susidaręs dėl vėjo veikimo
  
  
  • giliai
  
  


• Potvynių bangos.


• Gravitacinės bangos:
  
  
  • gravitacinės bangos sekliame vandenyje
  
  
  • gravitacinės bangos giliame vandenyje
  
  
  • seisminės bangos (cunamiai), kurios kyla vandenynuose dėl žemės drebėjimo (ar ugnikalnio veiklos) ir pasiekia 10-30 m aukštį nuo kranto.
  
  
  • laivo bangos
  
  

Vėjo bangos kyla su vėju, kai vėjas sustoja, šios bangos mirusio bangavimo pavidalu, palaipsniui nyksta, toliau juda ta pačia kryptimi. Vėjo bangos priklauso nuo bangų pagreičiui atviros vandens erdvės dydžio, vėjo greičio ir veikimo laiko viena kryptimi, taip pat nuo gylio. Mažėjant gyliui, banga tampa statesnė.
Vėjo bangos asimetriškos, jų nuolydis prieš vėją švelnus, pavėjui – status. Kadangi vėjas stipriau veikia viršutinę bangos dalį nei apatinę, bangos ketera trupa ir susidaro „ėriukai“. Atviroje jūroje „lamelės“ susidaro vėjo, kuris vadinamas „gaiviuoju“ (vėjo jėga 5 ir greitis 8,0-10,7 m/s, arba 33 km/h), metu.
Išsipūsti- susijaudinimas, kuris tęsiasi jau nurimus, susilpnėjus ar pakeitus kryptį vėjui. Sutrikimas, kuris plinta iš inercijos visiškoje ramybėje, vadinamas mirusiu bangavimu.
Kai tam tikroje srityje susitinka skirtingų krypčių bangos, a sutraiškyti. Chaotiškas bangų kaupimasis, susidarantis, kai tiesioginės bangos susitinka su atspindėtomis sutraiškyti.
Kai bangos slenka per krantus, rifus ir uolas, pertraukikliai.
Vadinamas bangų artėjimas prie kranto, didėjant aukščiui ir statumui, o vėliau apvirtus naršyti.

Banglentės įgauna skirtingą pobūdį, priklausomai nuo to, kuriame krante: seklus (turintis mažus pasvirimo kampus ir didelį povandeninio šlaito plotį) arba gilus (turintis didelius povandeninio šlaito nuolydžius).

Susiformuoja judančios bangos keteros apvirtimas ant stataus kranto atvirkštiniai gedimai turintis didelę griaunančią galią.

© Jurijus Danilevskis: Lapkričio audra. Sevastopolis

Kai banglentė įvyksta netoli gilaus kranto, kuris staigiai kyla iš vandens, banga suyra tik atsitrenkusi į krantą. Tokiu atveju susidaro atvirkštinė banga, kuri pasitinka kitą ir sumažina jos smūgio jėgą, o tada ateina nauja banga ir vėl atsitrenkia į krantą.
Tokius bangų smūgius esant dideliam bangavimui ar stiprioms bangoms dažnai lydi bangų antplūdžiai į nemažą aukštį.

© Audra Sevastopolyje, 2007 m. lapkričio 11 d

Juodosios jūros pakrantėse bangos smūgio jėga gali siekti 25 tonas 1 m 2.
Kildama aukštyn banga gauna didžiulę jėgą. Šetlando salose, į šiaurę nuo Škotijos, yra iki 6-13 tonų sveriančių gneiso uolienų fragmentų, banglentės išmestų į iki 20 m virš jūros lygio aukštį.

Spartus bangų ir bangų judėjimas į krantą vadinamas susukti.

Bangos yra taisyklingos, kai aiškiai matomos jų keteros, ir netaisyklingos, kai bangos neturi aiškiai apibrėžtų keterų ir susidaro be jokio matomo rašto.
Bangų keteros statmenai vėjo krypčiai atviroje jūroje, ežere, rezervuare, bet netoli kranto jie užima poziciją lygiagrečiai pakrantei, bėga į bankus.
Bangų sklidimo atviroje jūroje kryptį vandens paviršiuje nurodo lygiagrečių putų juostelių šeima – griūvančių bangų keterų pėdsakai.

> Vandens bangos

Naršyti bangos ant vandens ir judančius elementus ratu. Sužinokite, kas yra fazės ir grupės greitis, plokštumos banga, apskrito judėjimo pavyzdys.

Paprastai vandens bangos(šoniniai ir išilginiai judesiai) gali būti vertinami realiame gyvenime.

Mokymosi tikslas

• Apibūdinkite dalelių judėjimą vandens bangose.

Pagrindiniai punktai

• Dalelės vandens bangose ​​juda ratu.
• Jei bangos juda lėčiau nei vėjas virš jų, tada energija iš vėjo perduodama bangoms.
• Paviršiuje vibracijos įgyja maksimalų stiprumą ir jį praranda nardant.

Sąlygos

• Fazės greitis yra begalinio ilgio ir mažos amplitudės grynos sinusinės bangos sklidimo greitis.
• Grupės greitis yra moduliuotos bangos sklidimo greitis. Tai laikoma informacijos ar energijos perdavimo greičiu.
• Plokštuminė banga – bangų fotonai veikia kaip begalinės lygiagrečios pastovios amplitudės plokštumos nuo smailės iki smailės, esančios statmenai fazės greičio vektoriui.

Pavyzdys

Lengviausias būdas yra nueiti prie jūros, ežero ar net į tualetą. Tiesiog įpūskite į puodelį vandens ir pastebėkite, kad sukuriate bangas.

Vandens bangos suteikia turtingą erdvę fizikams tyrinėti. Be to, jų aprašymas gerokai viršija įvadinio kurso ribas. Mes dažnai žiūrime į bangas 2D formatu, bet čia aptarsime 1D.

Paviršinės bangos vandenyje

Šių reiškinių išskirtinumas slypi tame, kad juose pavyksta apimti skersinius ir išilginius judesius. Dėl šios priežasties dalelės atlieka sukamuosius judesius (pagal laikrodžio rodyklę). Virpesių judėjimas yra didžiausias paviršiuje ir silpnėja gilėjant.

Bangas sukuria jūros paviršiumi sklindantis vėjas. Jei bangos sklidimo greitis yra mažesnis nei vėjo, tada energija iš vėjo perduodama bangoms.

Jei gylyje susiduriame su monochromatinėmis linijinėmis plokštuminėmis bangomis, tai šalia paviršiaus esančios dalelės juda ratu, sudarydamos išilginius (pirmyn ir atgal) ir skersinius (aukštyn ir žemyn) bangų judesius. Kai bangos plinta sekliame vandenyje, dalelių trajektorijos suspaudžiamos į elipses. Kuo didesnė amplitudė, tuo silpnesnė uždara orbita. Praplaukusios išilgai keterų, dalelės pasislenka iš ankstesnės padėties ir sudaro Stokso dreifą.

Priešais jus yra banga, sklindanti link fazės greičio

Vandens bangos perneša energiją, todėl jai generuoti naudoja fizinį judėjimą. Bangos galia priklauso nuo vandens dydžio, ilgio ir tankio. Gili banga atitinka vandens gylį, didesnį nei pusė bangos ilgio. Kuo gilesnė banga, tuo greičiau ji plinta. Sekliame vandenyje grupės greitis pasiekia fazės greitį. Šiuo metu jie nesuteikia tvarios formos, kuri būtų naudojama kaip stabilūs atsinaujinantys energijos šaltiniai.

Vandens judėjimas sukelia dalelių judėjimą apskritimu (pagal laikrodžio rodyklę). Reikalas tas, kad banga turi ir skersines, ir išilgines savybes

Aukščiau pateiktos formulės tinka tik bangoms giliame vandenyje. Jie vis dar gana tikslūs, jei vandens gylis yra lygus pusei bangos ilgio. Mažesniame gylyje vandens dalelės bangos paviršiuje apibūdina ne apskritimo trajektorijas, o elipses, o išvestiniai ryšiai yra neteisingi ir iš tikrųjų įgauna sudėtingesnę formą. Tačiau bangoms labai sekliame vandenyje, taip pat labai ilgoms bangoms vidutiniame vandenyje, bangos sklidimo ilgio ir greičio santykis vėl įgauna paprastesnę formą. Abiem atvejais vertikalūs vandens dalelių judesiai laisvajame paviršiuje yra labai maži, palyginti su horizontaliais. Todėl vėlgi galime manyti, kad bangos yra maždaug sinusinės formos. Kadangi dalelių trajektorijos yra labai plokščios elipsės, vertikalaus pagreičio poveikio slėgio pasiskirstymui galima nepaisyti. Tada kiekvienoje vertikalėje slėgis keisis pagal statinį dėsnį.

Tegul b pločio vandens „šautas“ pasklinda c greičiu iš dešinės į kairę vandens paviršiuje virš plokščio dugno, padidinant vandens lygį nuo h 1 iki h 2 (4.4 pav.). Prieš atvykstant bangavimui vanduo buvo ramus. Jos judėjimo greitis padidinus skydo lygį. Šis greitis nesutampa su veleno greičiu, kad būtų galima sukelti vandens tūrio šoninį judėjimą b pločio pereinamojoje zonoje į dešinę ir taip pakelti vandens lygį.

4.4 pav n

Manoma, kad veleno pokrypis per visą jo plotį yra pastovus ir vienodas. Jei greitis u yra pakankamai mažas, kad jį būtų galima nepaisyti, palyginti su veleno sklidimo greičiu c, vertikalusis vandens greitis veleno srityje bus lygus (4.5 pav.)

3.4 tęstinumo sąlyga, taikoma vienam vandens sluoksniui (4.4 paveikslo plokštumai statmena kryptimi), turi tokią formą

u 1 l 1 = u 2 l 2 , (integralas išnyko dėl nagrinėjamų sričių tiesiškumo),

čia u 1 ir u 2 yra atitinkamai vidutiniai greičiai srauto skerspjūviuose l 1 ir l 2. l 1 ir l 2 - tiesiniai dydžiai (ilgiai).

Ši lygtis, taikoma šiuo atveju, veda į ryšį

h 2 u = bV arba h 2 u = c (h 2 -h 1). (4.9)

Iš 4.9 aišku, kad greičių u ir c santykis nepriklauso nuo veleno pločio.

4.9 lygtis galioja netiesiojo profilio velenui (su sąlyga, kad kampas b yra mažas). Tai lengva parodyti padalijus tokį veleną į keletą siaurų velenų su tiesiais profiliais ir sudėjus tęstinumo lygtis, sudarytas kiekvienam atskiram velenui:

Kur, su sąlyga, kad skirtumą h 2 - h 1 galima nepaisyti ir kiekvienu atveju vietoj h 2i pakeisti h 2, paaiškėja. Ši sąlyga galioja esant jau priimtai prielaidai, kad greitis u yra mažas (žr. 4.9).

Prie 4.9 kinematinės santykio reikia pridėti dinaminį ryšį, išvestą iš šių svarstymų:

Vandens tūris, kurio plotis b veleno srityje, juda pagreitintai, nes dalelės, sudarančios šį tūrį, pradeda judėti dešiniajame krašte nuliniu greičiu, o kairiajame krašte jų greitis w (pav. 4.4). Iš šachtos viduje esančios srities paimama savavališka vandens dalelė. Laikas, per kurį velenas pereina per šią dalelę, yra

todėl dalelių pagreitis

Toliau veleno plotis (jo tiesinis matmuo figūrai statmenoje plokštumoje) imamas lygus vienetui (4.6 pav.). Tai leidžia mums parašyti vandens tūrio, esančio šachtos srityje, masės išraišką taip:

Kur h m yra vidutinis vandens lygis šachtos srityje. (4.11)

Slėgio skirtumas abiejose veleno pusėse tame pačiame aukštyje yra (pagal hidrostatinę formulę) , kur yra konstanta tam tikrai medžiagai (vandeniui).

Todėl bendra slėgio jėga, veikianti nagrinėjamo vandens tūrį horizontalia kryptimi, yra lygi. Antrasis Niutono dėsnis (pagrindinė dinamikos lygtis), atsižvelgiant į 4.10 ir 4.11, bus parašytas taip:

Kur. (4.12)

Taigi veleno plotis buvo išimtas iš lygties. Lygiai taip pat, kaip ir 4.9 lygties atveju, įrodyta, kad 4.12 lygtis taip pat taikoma ir kito profilio velenui, su sąlyga, kad skirtumas h 2 - h 1 yra mažas, palyginti su pačiais h 2 ir h 1.

Taigi, yra lygčių sistema 4.9 ir 4.12. Toliau, kairėje 4.9 lygties pusėje, h 2 pakeičiama h m (kuris su žemu velenu ir dėl to nedideliu skirtumu h 2 - h 1 yra gana priimtinas), o 4.12 lygtis padalyta į 4.9 lygtį. :

Po sumažinimų paaiškėja

Velenų kaitaliojimas su simetriniais pasvirimo kampais (vadinamieji teigiami ir neigiami velenai) lemia bangų susidarymą. Tokių bangų sklidimo greitis nepriklauso nuo jų formos.

Ilgos bangos sekliame vandenyje keliauja greičiu, vadinamu kritiniu greičiu.

Jei ant vandens vienas po kito seka keli žemi šachtai, kurių kiekvienas šiek tiek padidina vandens lygį, tada kiekvienos sekančios veleno greitis yra šiek tiek didesnis nei ankstesnės veleno greitis, nes pastarasis jau šiek tiek padidino gylį. h. Be to, kiekvienas paskesnis velenas sklinda nebe stovinčiame vandenyje, o jau judančiame veleno judėjimo kryptimi greičiu. Visa tai lemia tai, kad vėlesni velenai pasiveja ankstesnius, todėl susidaro stačias baigtinio aukščio velenas.