книги из ГПНТБ / Сиротов, К. М. Морские волны
.pdf
К. СИРОТОЙ
МОРСКИЕ волны
д а л ь н е в о сто ч н о е кн и ж н о е « п д а те л ь ств о В л а д и в о сто к
1972
6/ ч-х-тъъ
*
551.49 |
|
\ |
с 40 0 J & |
|
! |
|
|
|
Сирогов К. |
* ч ; ; : |
’■ |
с 40 Морские нолныДВладивосток, Дальневост кн. нзд., 1972.
84 с. (Океан. Загадки. Проблемы. Открытия.)
В популярной форме рассказано в этой книге о пет ровых волнах на поверхности морей и океанов, о кра сивом и в то же время грозном, интересном и важном явлении природы, которое и сейчас еще остается загадкой для человека.
Книга рассчитана на самые широкие круги читате лей.
Под редакцией кандидата
географических наук Г. М. БИРЮЛИНА
7-6-3
35-72
Открой мне, кипучее, бурное море, Тайник заповедный, дай мне понять,
Что |
дивное |
скрыто |
в твоем |
|
Что |
бурные |
волны |
твои |
разговоре, |
говорят, |
||||
Н, |
А. Н е к р а с о в . |
Непонятная |
||
песня |
|
|
|
|
Грозен штормовой океан. Немало смельчаков попла тилось жизнью, вступая в единоборство с разгневанной стихией. Не сосчитать и кораблей, навсегда похоронен ных волнами в темных глубинах морей. И даже в на ше время волны нередко повреждают огромные океан
ские |
лайнеры, |
раскачивают их и заставляют снижать |
||||
скорость |
хода. |
Гранитные берега волны |
превращают |
|||
в мелкий песок, а тысячетонные массивы молов и вол |
||||||
ноломов в |
считанные секунды могут сорвать с места. |
|||||
В олны, |
одна из сложных форм движения, долгое вре |
|||||
мя оставались загадкой для человека. Не были извест |
||||||
ны законы, управляющие ростом волн. Не было понят |
||||||
но, почему при одном и том же ветре бывают различ |
||||||
ные |
волны, |
почему при ослабевающем |
ветре |
полны |
||
продолжают |
расти. Не знали, как высока |
могут |
быть |
|||
волны, какова |
их скорость, как долго и далеко могут |
бежать волны, |
порожденные ветром, без ветра или да |
же навстречу |
ветру. . |
Но мир познаваем, и сейчас электронные машины
предсказывают |
силу волн в океанах на несколько дней |
2 К- Сиротов |
3 |
вперед, уже работают приливные электростанции и ин женеры задумываются над использованием энергии ветровых, волн. Сейчас мы знаем, как нужно учитывать волнение при выборе курса корабля, чтобы пройти че рез океан безопасным путем и выиграть драгоценное время.
Обо всем этом и рассказывается в брошюре «Мор ские волны», продолокающей серию «Океан. Загадки. Проблемы. Открытия».
4
П ЕРВО Е ЗНАКОМСТВО
Вздымаются волны как горы
Ик тверди возносятся звездной,
Ис уокасом падают взоры
Вмгновенно разрытые бездны. Подобная страсти, не знает Средины тревожная сила, То к небу, то в пропасть бросает Ладью без весла и кормила.
А. К- Т о л с т о й . Вздымаются волны
как горы...
В ода обладает удивительным свойством: она очень подвижна.
Поэтому |
в любых |
водоемах — от самого |
большого океана и до |
||||
простой |
лужи — очень лепко |
возникают |
колебательные |
явле |
|||
ния — волны. |
|
|
|
|
|
|
|
Нас интересуют, прежде всего, волны ветровые. |
|
||||||
Само |
название— ветровые |
волны — красноречиво говорит |
|||||
об их происхождении и достаточно |
хорошо |
отличает |
их от |
||||
других |
волновых |
движений, |
которых |
в |
море |
очень |
много. |
Мы их видим на поверхности воды в самых различных формах. Одна из них — капиллярные волны, которые мгновенно воз никают от малейшего дуновения ветра. Именно они, эти микро скопические волны, дают начало огромным гороподобным штормовым валам, для которых повредить стальной корабль
или опрокинуть бетонные массивы волнолома ровным счетом
ничего не |
стоит. |
2* |
5 |
Мерная, тяжелая, словно свинцом налитая, зыбь — это тоже ветро;вые волны. Независимо от встречного ветра, катит она свои бесконечные гребни через весь океан, от Антарктики Д О берегов Калифорнии, от Гренландии до африканского побе
режья. |
При безветрии |
такая зыбь называется «мертвой». |
На |
мелководье и у |
берегов мы видим буруны, взбросы, |
прибой и накат. Это тоже ветровые волны, но здесь'они резко отличаются от своих «сестер» в открытом и глубоком море. Под влиянием морского дна и берегов волны преобразуются, деформируются и, разрушаясь, отдают свою энергию, накоп
ленную от ветра.. |
|
Но есть волны и другого происхождения, например |
прили |
вы и отливы. Их вызвали к жизни силы притяжения |
Луны и |
Солнца. Другой пример— волны цунами, которые образуются
при подводных землетрясениях и извержениях вулканов. Вол ны цунами снискали себе весьма печальную славу и заставили многих ученых посвятить себя изучению их. И недаром. Из вестны случаи, когда в течение нескольких секунд волны
цунами уносили в море многие тысячи человеческих жизней. Бывают в море и волны-невидимки, Увидеть их невозмож
но, ибо распространяются они под поверхностью воды. Это так называемые внутренние волны, возникающие на границе двух слоев воды с различной плотностью.
Есть в море волны, которые хотя и не отличаются гигант скими размерами, но достаточно сильны для того, чтобы со
рвать корабль с самых толстых |
швартовых канатов. Такие вол |
ны, утягивающие корабли от |
пристаней, так и называются — |
6
тягун. Характер и происхождение этих |
волн до сих пор точно |
|||
не выяснены. Известно |
только, |
что это |
явление |
связано с вет |
ровыми волнами и с течением. |
|
|
|
|
Существуют волны, |
точную |
копию |
которых |
в миниатюре |
может лепко воспроизвести каждый человек. Качнув рукой
стакан с |
чаем, |
вы |
увидите одновременные |
колебания |
всей |
|
жидкости |
сразу. |
Это |
так называемые |
сейши — своеобразные |
||
волновые |
колебания, |
проникающие до |
дна |
бассейна. |
Этим |
|
сейши отличаются от ветровых волн, которые проникают в глу бину моря самое большее на 200—300 м. Разумеется, вызвать
сейшевые колебания в море могут только мощные циклоны. Существуют волны и над морем, над поверхностью воды — в самых нижних слоях воздуха. Эти невидимые волны вызваны
самыми настоящими морскими ветровыми волнами. Называ
ются |
они «голосом моря», хотя |
его человек |
не может |
услы |
шать, |
а только почувствует— уху |
становится |
больно от |
такого |
«беззвучного голоса».
Все волны, в том числе и морские, характеризуются опре деленными параметрами, или элементами. Познакомимся с
ними |
на примере ветровых волн; для краткости это явление |
часто |
называют просто волнением. |
Если посмотреть на волны «в профиль», то видно чередо вание гребней и ложбин. Первые располагаются выше спокой
ного уровня моря, |
вторые — ниже |
его. Наивысшая |
часть греб |
н я — это вершина |
волны, а самая |
низшая часть |
ложбины — |
ее подошва. Горизонтальное расстояние между соседними вершинами или между подошвами называется длиной волн и
1
обозначается Расстояние по вертикали от вершины до подо швы волны есть ее высота h. Иначе говоря, высота волны есть
удвоенная амплитуда |
ее |
колебаний. |
Отношение |
высоты волн |
||||||
к -их длине характеризует крутизну вол-н. |
|
|
|
|
||||||
Периодом |
волн т |
называют |
промежуток |
времени |
между |
|||||
прохождением |
двух |
последовательно |
идущих |
вершин |
(или |
|||||
подошв) |
волн |
через |
одну |
и ту |
же неподвижную точку про |
|||||
странства. |
Величину, |
обратную |
периоду, называют |
частотой. |
||||||
Она показывает, сколько |
волн |
в единицу |
времени |
пройдет |
||||||
через ту или иную неподвижную точку пространства. Скорость, с которой перемещается видимая форма волны,
называется скоростью распространения волн, или фазовой скоростью. Пусть читателя не удивляют слова- «видимая форма волны». Наблюдая движение гребней волн, мы -видим посту пательное перемещение именно формы волны, но никак не
всей массы воды, образующей волну. Траектория, то есть действительный -путь каждой отдельной частицы поверхности
воды при волнении, ограничивается |
всего навсе-го окружно |
||||
стью, а точнее — эллипсом, |
почти |
замкнутым |
и расположенным |
||
в отвесной плоскости. Убедиться |
в этом весьма просто: по |
||||
следите внимательно за каким-нибудь |
предметом, |
плавающим |
|||
на волнах, и вы увидите, |
что все |
его движения |
есть только |
||
колебания вверх, вперед, |
вниз |
и |
назад. |
В результате он |
|
остается п-очт-и на одном месте, если не считать очень неболь шого смещения в направлении ветра.
Как же возникает волна и как она распространяется, если частицы воды практически остаются на месте?
8
Понять это |
помогает элементарный опыт, который многие |
||
из нас |
проделывали в детстве. Бросьте камень в воду, |
и вы |
|
увидите |
самую |
настоящую волну. Спустя мгновение |
после |
«приводнения» камня вокруг него возникает возвышение по верхности воды (рис. 1). Это и есть гребень волны; он обра зовался потому, что камень вытеснил некоторый объем воды, а энергия падающего камня передалась частицам воды и за
ставила их устремиться во все стороны |
от камня; путь части |
||
цам оставался |
один — в |
стороны и |
вверх, где почти нет |
сопротивления |
их движению. |
|
|
Под влиянием силы тяжести восходящее движение частиц |
|||
постепенно сменяется |
нисходящим, |
а затем — движением |
|
назад. В конце концов частица воды, описав окружность, вер
нется в свое исходное положение; тем |
временем гребень |
|
волны распространится вперед, так как в |
орбитальное |
движе |
ние будут вовлекаться все новые и новые |
частицы воды, |
лежа |
щие на пути распространения волны. Этот процесс продвиже ния формы волны, обусловленный вращением частиц воды по
окружности, показан |
на |
рис. 2. |
Таким образом, |
волновые колебания поверхносли воды |
|
есть сложный процесс, |
в котором сочетается поступательное |
|
перемещение гребней и ложбин волн с орбитальным движе нием частиц воды по окружностям (а точнее — по эллипсам).
Ученые установили, что за время |
одного |
полного оборота |
частицы на ее орбите форма волны |
успевает |
распространиться |
на расстояние, равное длине волны X. Время одного полного |
||
колебания частицы есть тот период |
волны |
т, о котором мы |
9