ВО́ЛНЫ В ОКЕА́НЕ
ВО́ЛНЫ В ОКЕА́НЕ, возмущения физич. параметров океана (плотности, давления, скорости, положения мор. поверхности и др.) относительно некоторого ср. состояния, способные распространяться от места их возникновения или колебаться внутри ограниченной области. В физич. задачах волновые движения в океане принято классифицировать по типу сил, ответственных за их возникновение и распространение. Выделяют пять осн. типов В. в о.: акустические (звуковые), капиллярные, гравитационные, гироскопические (инерционные) и планетарные.
Как возникают волны
Волны в океане — одно из самых завораживающих и красивых явлений природы. Сила, поднимающая и опускающая воду, а также ветер или колебания земной коры создают бесконечные массивы волн, которые могут быть маленькими и спокойными или огромными и неудержимыми.
Чтобы разобраться, как образуются волны, для начала узнаем, как они устроены.
Строение волны
Волны имеют гребень, подошву, высоту и длину. Гребень — это вершина волны, подошва — её нижняя точка, высота — расстояние между вершиной и подошвой, а длина — расстояние между двумя соседними гребнями или подошвами. Длина волны может варьировать от нескольких миллиметров до нескольких сотен метров.
Величина волны
Волны имеют различную высоту, длину и скорость в зависимости от многих факторов, включая:
- интенсивность источника воздействия, например силы ветра или всплеска в воде;
- удалённость от источника воздействия;
- глубину водоёма;
- свойства водной среды, например плотность и вязкость.
Как движутся волны
Возникновение волн связано с порывами ветра: чем стабильнее дует ветер и чем больше площадь свободной поверхности воды, тем больше волны. Перепады давлений и сила тяжести заставляют частицы воды совершать вертикальные и горизонтальные колебания. Поскольку молекулы воды взаимодействуют, энергия колебаний может передаваться от частицы к частице, как по цепочке. При этом сложный характер колебаний приводит к тому, что в толще воды частицы совершают движения по круговым или эллиптическим траекториям, лишь незначительно смещаясь в сторону, либо против распространения волны.
Волновое движение передаётся от молекулы к молекуле на расстояние длины волны. При этом частицы воды движутся по круговым траекториям под влиянием волнения, но не перемещаются в направлении распространения волны.
В открытом океане волны могут передвигаться на большие расстояния без заметного затухания, но при приближении к берегу волны начинают «ощущать» дно и изменяют свою форму. В результате происходит подъём участков волн (гребни) и понижение между ними (подошвы), что приводит к формированию более высоких и крутых волн. Такие волны называют прибойными.
Также могут возникать свободные волны, которые распространяются на большие расстояния без существенных изменений формы и размера. Ещё бывают внутренние волны: они появляются на границе слоёв воды разной плотности и могут затрагивать дно. Кроме того, в океане встречаются цунами — мощные волны с очень большой длиной.
Что такое цунами
Цунами — особый вид океанских волн, которые образуются в результате движений морского дна. Их вызывают подводные землетрясения и обвалы, извержения вулканов и другие катаклизмы. Это волны огромной разрушительной силы, способные затопить берег и разрушить всё, что встретится им на пути.
Цунами могут пересекать океаны со скоростью 600–900 километров в час. Для сравнения: скорость реактивных самолётов обычно составляет около 1 200 километров в час. В глубоких водах эти волны могут быть ниже одного метра, но, приближаясь к суше, они замедляют свой бег и вырастают до 30–40 метров у крутых берегов. 90% всех зарегистрированных цунами отмечено в Тихом океане.
Легенда о воде и волнах: дракон Рюдзин
В японской мифологии есть дракон Рюдзин — бог моря и повелитель водной стихии. В легенде рассказывается о том, что он живёт на дне океана неподалёку от побережья Японии, у островов Рюкю (Нансей). Один удар хвоста Рюдзина вызывает огромные приливные волны, которые полностью смывают прибрежные деревни.
Когда Рюдзин открывает огромную зубастую пасть и вздыхает, в воде появляются гигантские водовороты. Голову благородного дракона венчают оленьи рога, его усы указывают на мудрость, а глаза видят в глубину до самого дна океана. Когда Рюдзин вытягивает ужасные когти, происходят наводнения. Движением лапы он может опрокинуть несколько судов.
Волны в океане — пример того, как природа может быть одновременно красивой и мощной. Они могут умиротворять — или вызывать страх и трепет. Изучение волн помогает понимать механизмы, лежащие в основе многих природных процессов и технических устройств, а также открывает новые возможности для развития науки и технологий.
Скоро перезвоним!
Или напишем на почту, если не получится дозвониться
Какие волны распространяются в толще воды
ПЕРВОЕ ИЗ ЯВЛЕНИЙ В ОКЕАНЕ, С КОТОРЫМ СТАЛКИВАЕТСЯ ЛЮБОЙ НАБЛЮДАТЕЛЬ – ЭТО ВОЛНЫ НА ВОДЕ. ВОЛНЫ ПРЕДСТАВЛЯЮТ СОБОЙ РАСПРОСТРАНЯЮЩИЕСЯ ПЕРИОДИЧЕСКИЕ КОЛЕБАНИЯ ЧАСТИЦ ВОДЫ ОКОЛО ПОЛОЖЕНИЯ ИХ РАВНОВЕСИЯ. ВОЛНЫ МОГУТ БЫТЬ ВЫСОКИМИ И НИЗКИМИ, ДЛИННЫМИ И КОРОТКИМИ, СТОЯЧИМИ И ПЕРЕДВИГАЮЩИМИСЯ, ОНИ МОГУТ СОХРАНЯТЬ СВОЮ ФОРМУ ИЛИ МЕНЯТЬ ЕЕ ПРИ ПЕРЕМЕЩЕНИИ, БЫТЬ ОДИНОЧНЫМИ ИЛИ СОПРОВОЖДАТЬСЯ РЯДОМ ДРУГИХ ВОЛН И Т.Д.
Все, что нарушает равновесие воды – брошенный в воду камень; судно, идущее по морю; извержение вулкана или подводное землетрясение — порождает систему волнообразных колебаний или, иначе говоря, возбуждает волны.
Условно все волны Мирового океана можно разделить на 2 типа: поверхностные и внутренние. К поверхностным относятся ветровые, приливные, сейсмические (цунами), корабельные, зыбь (мертвая зыбь), т.е., которые являются колебаниями свободной поверхности океана.
Штормовая волна у борта НИС «Витязь». 1949 г.
Ветровые волны развиваться под действием ветра, зыбь – это волны, продолжающие распространяться после ослабления ветра или изменения его направления. Мертвая зыбь распространяется при безветрии (штиле). Сейсмические волны (цунами) образуются в океанах и морях под действием землетрясений и вулканических извержений на морском дне или вблизи берегов. Приливные волны связаны с приливообразующими силами Луны и Солнца, а корабельные с движением судов.
Поход в Норвегию. Тяжелая волна. 1933 г.
К внутренним волнам относятся те, которые зарождаются и распространяются только в толще вод океана. В глубинах океана располагаются слои воды разной плотности. В случае, если граница между двумя такими слоями находится в покое, то поверхность слоя является гладкой. Под действием ряда факторов слой более высокой плотности выгибается и вдавливается в слой меньшей плотности, затем опускается, а возникшие возмущения распространяются во все стороны — так формируются внутренние волны.
Китобойное судно на волнах. 1964-1965 гг.
В середине XVIII века Вениамин Франклин, совершая морское путешествие, обратил внимание на необычное явление. В светильной лампе, стоявшей у него в каюте, разразилась настоящая «буря в стакане»: возникла волна на границе воды и масла, налитых в светильник. Франклин незамедлительно поспешил рассказать об увиденном. Его сообщение стало первым «лабораторным наблюдением» за внутренними волнами.
Моряки часто сталкиваются с подобными явлениями в морях и океанах.
ПЛИНИЙ СТАРШИЙ В СВОЕЙ КНИГЕ «ЕСТЕСТВЕННАЯ ИСТОРИЯ» ПИСАЛ О ТОМ, ЧТО В КРАСНОМ МОРЕ ВО ВРЕМЯ ПЛАВАНИЯ ГРЕБНОЕ СУДНО В КАКОЙ-ТО МОМЕНТ ОСТАНОВИЛОСЬ. ВСЕ ДУМАЛИ, ЧТО КАКОЙ-НИБУДЬ ГИГАНТСКИЙ ОСЬМИНОГ ПРИХВАТИЛ КОРАБЛЬ. НА САМОМ ДЕЛЕ ЭТО ЯВЛЕНИЕ, НАЗВАННОЕ «МЕРТВОЙ ВОДОЙ», БЫЛО ВЫЗВАНО ОБРАЗОВАНИЕМ ВНУТРЕННИХ ВОЛН.
Открытка Фритьоф Нансен. исследование Арктики во время двухлетнего ледяного дрейфа на корабле Фрам, 1979 г.
Во время экспедиции Фритьофа Нансена в высокие широты Арктики на парусно-моторной шхуне «Фрам» при подходе к кромке льда вдруг резко замедлился ход судна. Машина работала на полных оборотах, и не было никаких видимых препятствий для движения. Такая ситуация возникла благодаря тому, что над соленой морской, и естественно, более тяжелой водой оказался слой распресненной из-за таяния льда воды меньшей плотности. Поэтому почти вся энергия судового двигателя тратилась не на продвижение судна, а на образование волн на границе этих слоев. Чтобы двигаться вперед, судну пришлось как бы толкать внутреннюю волну перед собой. В результате скорость судна резко упала. Опубликованные Нансеном материалы наблюдений послужили началом теоретических исследований этого явления.
9 экспедиционный рейс НИС Космонавт Виктор Пацаев. 1988 г.
«Мы почти не двигались с места (…) и будто
тащили всю воду за собой. Что мы ни делали, —
круто поворачивали, лавировали, описывали
полный круг и пр., — все напрасно. Лишь только
машина переставала работать, судно тотчас же
останавливалось, точно схваченное чем-то за
корму».
1893 г., Ф. Нансен
Катастрофические разрушения берега и зданий штормовыми волнами.
Природа глубинных волн очень сложна и пока еще полностью не изучена. Но исследование этого явления очень важно для мореплавания и рыболовства. Ученые предполагают, что катастрофа с американской подводной лодкой «Трешер» могла быть вызвана ее встречей с одной из внутренних волн-гигантов. Такие волны могут не только тормозить движение надводных судов, но и размывать подводные склоны, вызывать оползни, взмучивать воду, вызывать течения на поверхности и производить другие эффекты. Они могут искажать подводные акустические колебания. А это очень важно для тех, кто занимается вопросами подводной акустической связи и с их помощью прогнозирует районы скопления промысловых рыб.
Волноотбойная стена с ограждением во время шторма. 50-ые-60-ые гг. XX века
Механизмы генерации внутренних волн весьма
разнообразны: колебания атмосферного давления,
скорости ветра, обтекание неровностей дна,
подводные землетрясения и т.д. Внутренние волны
существуют даже тогда, когда поверхность океана
идеально спокойна. Но на глубине 200-300 метров
от уровня океана, могут «бушевать» настоящие бури
и штормы, причем подводные волны достигают иной
раз внушительных размеров: 50-100 метров по
высоте. Внутренние волны могут пронизывать толщу
океана до самого дна! Эти невидимые, скрытые от
наших глаз волны встречаются также часто, как и
поверхностные, и обладают всеми их свойствами.
Они также растут, поднимаются в толще воды, а
потом обрушиваются.
Для изучения поверхностных волн используют визуальные наблюдения, вехи с сантиметровыми делениями, волномеры, волнографы, мареографы, баронивелиры, волновые динамографы и т. д. Но как определить, есть ли внутренние волны в океане? Существенную роль в этом играет визуальный контроль с судов и самолетов. Внутренние волны образуют на поверхности океана слики — полосы и пятна на поверхности морей и океанов, резко отличающихся по своему виду от соседних участков. Но более надежен инструментальный способ контроля.
Информацию о внутренних волнах получают путем регистрации колебаний электрического сопротивления с применением антенн К. Д. Сабинина и термокосами, изучения изменения солености, температуры и плотности вод. В глубоководных районах океана волны исследуют с помощью приборов, устанавливаемых на буйковых станциях. Самый современный и наиболее оперативный способ получения информации — исследование поверхности океана из космоса. Наблюдение за внутренними волнами из космоса дает возможность быстро получить информацию о подводных штормах в разных районах Мирового океана.
«МЫ ПОЧТИ НЕ ДВИГАЛИСЬ С МЕСТА (…) И БУДТО ТАЩИЛИ ВСЮ ВОДУ ЗА СОБОЙ. ЧТО МЫ НИ ДЕЛАЛИ, — КРУТО ПОВОРАЧИВАЛИ, ЛАВИРОВАЛИ, ОПИСЫВАЛИ ПОЛНЫЙ КРУГ И ПР., — ВСЕ НАПРАСНО. ЛИШЬ ТОЛЬКО МАШИНА ПЕРЕСТАВАЛА РАБОТАТЬ, СУДНО ТОТЧАС ЖЕ ОСТАНАВЛИВАЛОСЬ, ТОЧНО СХВАЧЕННОЕ ЧЕМ-ТО ЗА КОРМУ».
ВОЛНА
• ВОЛНА, в океанографии — колебательное возмущение, распространяющееся по поверхности или в толще воды без перемещения самих частиц воды. Ветер вызывает волны благодаря сцеплению между частицами воды. Сила и величина волны зависит от скорости ветра и протяженности открытой воды, над которой дует ветер. Волны, возникающие в отсутствии сильного ветра, называются зыбью. Когда глубина под волной становится меньше, чем половина ее длины, волна «чувствует дно» и разбивается о берег. Когда глубина воды приблизительно равна 1,3 высоты волны, фронт ее становится таким крутым, что вершина опрокидывается и волна разбивается.
• ВОЛНА, в физике — колебательное возмущение в материальной среде или в электромагнитном поле. Бегущая волна распространяет колебания от источника. Скорость ее зависит от типа волны и от среды. Электромагнитные волны (свет, например) состоят из переменных магнитных и электрических полей, перпендикулярных друг другу, а также направлению распространения волны; такие волны называются поперечными. Звуковые волны передаются через колебания частиц среды, причем направление колебаний совпадает с направлением волны; такие волны называются продольными. Звуковые волны, в отличие от электромагнитных, не распространяются в вакууме и не подвержены ПОЛЯРИЗАЦИИ. Волны могут подвергаться ПРЕЛОМЛЕНИЮ, ОТРАЖЕНИЮ и вызывать такое явление, как ИНТЕРФЕРЕНЦИЯ. Волна характеризуется длиной и ЧАСТОТОЙ. СКОРОСТЬ ее движения равна произведению длины на ее частоту. см. также ЭЛЕКТРОМАГНИТНОЕ ИЗЛУЧЕНИЕ , СТОЯЧАЯ ВОЛНА .
При продольной волне(А) среда, в которой она распространяется, колеблется вперед-назад в направлении движения волны (например, так колеблется воздух при движении звуковой волны). При поперечной вопне(В) движение среды происходит под прямым углом к направлению движения волны (так колеблется вода в океане). Электромагнитные волны (С) являются поперечными и образуются колебаниями связанных высокочастотных электрических и магнитных сил, действующих перпендикулярно друг другу. Они могут распространяться при отсутствии среды (как свет). Чтобы исследовать волну, ее надо преобразовать в какой-либо другой вид энергии. Звуковые волны (D) заставляют колебаться мембрану микрофона (1); при этом сжимаются частицы угля (2), изменяя сопротивление между деталями (3) Водяные волны фокусируют световые лучи на экран (Е). Световые волны мотут заставить вещество в фотоэлементе испускать электроны и тем самым создаю! :тт трический ток.
Научно-технический энциклопедический словарь .