Причина возникновения волн

Волнение представляет собой такую форму периодического непрерывно меняющегося движения, при котором частицы воды совершают колебания около своего положения равновесия.Волны могут возникать под действием разных причин (сил). В зависимости от происхождения, т. е. от вызвавших нх причин, различают следующие виды морских волн.

  1. Волны трения (илн фрикционные). К этим волнам принадлежат в первую очередь ветровые, возникающие при дей­ствии ветра на поверхность моря. К ним относятся также так называемые внутренние, или глубинные, волны, которые возни­кают на глубинах при перемещении слоя воды одной плотности над слоем вочы другой плотности.

Исследованиями установлено, что если над жидкостью одной плотности движется другая жидкость, имеющая иную плотность, то на поверхности, разделяющем обе жидкости, образуются вол­ны. Размер этих волн зависит от разности скоростей движения жидкостей по отношению друг друга и разности плотности двух сред. Это относится и к случаю движения воздуха над водой. Вот почему волны возникают и па глубинах океана, и в высоких слоях атмосферы, если там существует подобное движение двух разных по плотности водных или воздушных масс.

  1. Барические волны возникают при колебаниях ат­мосферного давления. Колебания атмосферного давления вызы­вают поднятия и опускания водных масс, при которых частицы воды стремятся занять новые положения равновесия, но, до­стигнув их, совершают по инерции колебательные движения.
  2. Приливо-отливные волны возникают под влия­нием явления приливов и отливов.
  3. Сейсмические волны образуются при землетрясе­ниях и вулканических извержениях. Если очаг землетрясения расположен под водой или же поблизости от берега, то колеба­ния передаются водным массам, вызывая в них сейсмические волны, которые называются еще цунами.
  4. Сейши. В морях, озерах, водохранилищах, кроме коле­бания водных частиц в виде поступательных волн, нередко наб­людаются периодические колебания частиц воды только в вер­тикальном направлении. Такие волны называются сейшами. При сейшах происходят колебания, похожие по своему характеру на колебания, в периодически покачиваемом сосуде. Самый простой вид сейш возникает, когда уровень воды поднимается у одного края водоема и одновременно опускается у другого. При этом по середине водоема наблюдается линия, вдоль которой частицы воды не имеют вертикальных перемещений, а движутся горизон­тально. Эта линия называется узлом сейша. Более сложные сей­ши бывают двухузловымн, трехузловыми и т. д.

Сейши могут возникать в результате различных причин. Ве­тер, дующий над морем некоторое время в одном и том же на­правлении, производит нагон воды у подветренного берега. С  прекращением ветра сейчас же начинаются колебания уровня сейшового характера. Это же явление может возникать под влия­нием разности атмосферного давления в различных местах вод­ного бассейна. Сеншевые колебания уровня моря мот созда­ваться сейсмическими колебаниями в очень небольших бассей­нах (в гавани, в ковше и т. п.) сейши могут возникать при про­хождении судов.

Люди порой не замечают большинство явлений природы. Они привыкли, что день сменяет ночь, что после зимы приходят весна, потом лето. Мало кто задумывается, сидя на морском берегу, откуда берутся волны, почему штиль внезапно меняется на легкую рябь, переходящую в буйную стихию.

Почему на море волны

Морская стихия завораживает и не оставляет никого равнодушным. Море и волны — картина, на которую можно смотреть вечно. Недаром известное полотно художника И.К. Айвазовского «Девятый вал» надолго притягивает и не отпускает взгляд.

mv_ajvazovsky.jpg“Девятый вал”

Морские волны возникают, когда соединяются (сцепляются) между собой частицы воздуха и воды. Сначала воздух скользит по воде, вызывая зыбь, а позже начинают вздыматься тонны воды.

Колебания водной поверхности на море или океане через определенные интервалы времени принято называть волнами.

Гребень — самая высокая точка волны, а место ее образования — подошва. Временной промежуток от одного гребня до другого или от подошвы до подошвы — волновой период. Расстояние между двумя гребнями называют длиной волны.

Существует немало объяснений причин, из-за которых образуются волны в морях и океанах:

  • скачки давления в атмосфере;
  • приливы, отливы;
  • землетрясения, происходящие в морских глубинах;
  • извержения вулканов;
  • движение судов;
  • ветер, дующий с огромной силой.

Чтобы представить, как появляются морские волны, необходимо понимать, что вода начинает колебаться только под физическим воздействием, принудительно.

mv_shema.jpg

Виды морских волн

Существуют классификации явления по следующим признакам:

  • зарождение (приливные, ветровые, от движения судов и другие);
  • силы, пытающиеся вернуть водные частицы в состояние устойчивости;
  • местонахождение в слоях воды;
  • форма, длина, перемещение в пространстве.

Ветровые

Виновник их появления — сильный ветер. Величина напрямую зависит от мощи ветра.

mv_vetrovye.jpg

Когда ветер ослабевает или прекращается совсем, на морской поверхности появляется зыбь — продолжение колебания по инерции.

Прибой образуется за счет ветровых волн или зыби. Они, передаваясь из глубинных вод открытого моря к берегу, изменяются по форме. Их сила может нарастать, обрушивая на 1м2 берега до 90 тонн воды. Это очень опасно для плавсредств, пришвартованных у берега.

Внутренние

Появляются под водой. На это влияют разная плотность, степень солености, температура воды. Волновые колебания образуются в том месте, где различные слои воды соприкасаются.

Впервые о них заговорил ученый из Норвегии Нансен, когда проводил исследования за полярным кругом.

Внутренние волны могут быть выше поверхностных в несколько десятков раз, но их скорость ниже. Они обладают мощной разрушительной силой, опасны для подводных лодок, причалов, портовых построек.

mv_vnytrennie.jpg

Барические

В тех местах, где нередки циклоны, быстро меняется давление в атмосфере, образуются барические волны-одиночки. Проходя несколько сотен километров от того места, где образовались, они с огромной разрушительной силой внезапно обрушиваются на берег.

В 1935 году девятиметровая барическая волна ударила по берегу штата Флорида. Погибли несколько сотен человек. Такие явления часто случаются на индийском, японском, китайском побережьях.

Сейсмические

Подводные землетрясения, извержения вулканов, разломы земной коры на дне океанов вызывают образование сейсмических волновых колебаний. Сначала они не слишком большие, но по мере приближения к берегу становятся огромными. Их называют цунами.

Когда море вдруг отступает от берега не на один километр, это предупреждение о зарождении цунами. Сигнал бедствия, ведь вода возвратится к берегу монстром, уничтожающим все на своем пути.

Приливные

Образуются из-за приливов и отливов, вызываемых Луной. В месте зарождения они не выше двух метров, но приближаясь к берегу, вырастают до 18 м на Северном побережье Атлантики и до 13 м у берегов Охотского моря.

mv_prilivnye.jpg

Стоячие (сейши)

Возникают в бухтах, заливах и в отдельных морях. Название сейши (фр. «раскачиваться») упомянул ученый из Швейцарии Франсуа-Альфонс Форель. Зарождение стоячих столбов воды с гребнем является следствием землетрясений, но ветер также причастен к их образованию.

Морская волна, гонимая ветром, сталкивается с той, что вернулась после удара о берег, — так образуются стоячие волны. Их величина зависит от рельефа берега и глубины водоема.

Волны-убийцы

Основная статья по этой ссылке.

Их называют странствующими чудовищами. Чаще всего они возникают в океанах.

Еще полвека назад морякам, рассказывающим о сильных волнах на море: крупных, небывалой высоты, — никто не верил. Научные теории о колебаниях воды в морях и океанах не фиксировали водных столбов выше 21 метра. Позднее участились случаи встреч с громадным водным чудовищем, высота которого превышала 25 метров, поэтому пришлось признать факт существования таких волн.

Факторы, влияющие на их появление, до конца не изучены, объяснения существуют на уровне гипотез.

Где самые большие волны в мире

Общепризнанным местом самых крупных волн в мире является деревушка Назаре, расположенная на побережье Атлантики, где живут португальские рыбаки.

Летом это место ничем не отличается от обычного курорта, куда съезжаются множество туристов. В зимний период народу не убавляется: прибывают серферы-экстремалы, люди, желающие увидеть морских гигантов 30-метровой высоты.

Назаре

Такие огромные столбы воды — явление редкое, не считая волн-убийц и цунами.

Недалеко от деревни есть самое большое в европейской части подводное ущелье — каньон Назаре. Штормы Северной Атлантики, попадая внутрь ущелья, стремятся на берег. Но поскольку у берега мелководье, не способное остановить эту силу, тонны воды обрушиваются на побережье.

Волнующееся море — удивительное явление природы. Шум прибоя успокаивает, приводит в порядок мысли и чувства. Морская стихия очаровывает красотой и в то же время пугает бессилием человека перед величием природы.

ТолкованиеПереводВолны</dt>b>Волна́ — изменение состояния среды (возмущение), распространяющееся в этой среде и переносящее с собой энергию. Другими словами: «…волнами или волной называют изменяющееся со временем пространственное чередование максимумов и минимумов любой физической величины, например, плотности вещества, напряжённости электрического поля, температуры[1]».

Более правильное определение: Волна — это явление распространения в пространстве с течением времени возмущения физической величины.

Отличие колебания от волны.

Независимо от природы волны перенос энергии осуществляется без переноса вещества; последнее может возникнуть лишь как побочный эффект. Перенос энергии — принципиальное отличие волн от колебаний, в которых происходят лишь «местные» преобразования энергии. Волны же, как правило, способны удаляться на значительные расстояния от места своего возникновения. По этой причине волны иногда называют «колебанием, оторвавшимся от излучателя».

Большинство волн по своей природе являются не новыми физическими явлениями, а лишь условным названием для определённого вида коллективного движения. Так, если в объёме газа возникла звуковая волна, то это не значит, что в этом объёме появились какие-то новые физические объекты. Звук — это лишь название для особого скоординированного типа движения тех же самых молекул. То есть большинство волн — это колебания некоторой среды. Вне этой среды волны данного типа не существуют (например, звук в вакууме).

Имеются, однако, волны, которые являются не «рябью» какой-либо иной среды, а представляют собой именно новые физические сущности. Так, электромагнитные волны в современной физике — это не колебание некоторой среды (называвшейся в XIX веке эфиром), а самостоятельное, самоподдерживающееся поле, способное распространяться в вакууме. Аналогично обстоит дело и с волнами вероятности материальных частиц.

Некоторые явления также называют волнами, однако каждая из них обладают собственной спецификой. Так, с определёнными оговорками, говорят про: температурные волны, волны вероятности электрона и других частиц, волны горения, волны химической реакции, волны плотности реагентов, волны плотности транспортных потоков.

Отметим, что явления, выглядящие как волны, но не способные сами распространяться (как, например, песчаные дюны), волнами не являются.

Характеристики волны

Временна́я и пространственная периодичности

В отличие от стационарного колебания волны имеют две основные характеристики:

  • временну́ю периодичность — скорость изменения фазы с течением времени в какой-то заданной точке, называемую частотой волны f ;
  • пространственную периодичность — скорость изменения фазы в определённый момент времени с изменением координаты — длина волныλ.

Временная и пространственная периодичности взаимосвязаны, что отражено в законе дисперсии, который определяет, как именно волны будут выглядеть и распространяться. В упрощённом виде для линейных волн эта зависимость имеет следующий вид[2]:

        где c — скорость распространения волны в данной среде.

Интенсивность волны

О силе волны судят по её амплитуде. В отличие от колебания амплитуда волны — скалярная величина.

Но для количественной характеристики переносимой волной энергии используется вектор плотности потока энергииI. Его направление совпадает с направлением переноса энергии, а абсолютная величина равна количеству энергии, переносимой волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению вектора. При небольших амплитудах:

      где A — амплитуда; k — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы волны и свойств среды, где эта волна распространяется.

Классификации волн

Имеется множество классификаций волн, различающиеся по своей физической природе, по конкретному механизму распространения, по среде распространения и т. п.

В зависимости от физической среды, в которой распространяются волны, их свойства различны и поэтому различают:

Другие книги по запросу «Волны» >></dd>Используемые источники:

  • http://mirinteresnogo.ru/245-prichina-vozniknoveniya-voln.html
  • https://tainaprirody.ru/gidrosfera/morskie-volny
  • https://dic.academic.ru/dic.nsf/ruwiki/850890