Волна, Воды, Океан, Море
Изображение Pexels с сайта Pixabay

ГЛАВА 14. ВОЛНЫ В ОКЕАНАХ И МОРЯХ

§ 50. Классификация волн

Колебательные движения, при которых частицы описывают замкнутые или почти замкнутые орбиты, совершая вертикальные и горизонтальные перемещения, носят название волн. Волны, наблюдаемые в морях и океанах, разнообразны по форме, характеру колебаний, размерам и другим особенностям. По происхождению, т. е. в зависимости от сил, возбуждающих их, волны подразделяют на ветровые (волны трения), приливные, анемобарические, сейсмические (цунами), корабельные.

Ветровые волны

Ветровые волны возникают под действием тангенциального трения и нормального давления воздушных масс, движущихся над водной поверхностью.

Приливные волны

Приливные волны возбуждаются приливообразующими силами Луны и Солнца. Эти волны характерны тем, что вертикальные смещения частиц воды, описывающих длинные эллиптические орбиты, проявляются в периодических колебаниях уровня океанов и морей, а горизонтальные смещения определяют поступательные периодические движения воды в форме приливных течений.

Анемобарические волны

Анемобарические волны — длинные волны, связанные с прохождением барических систем (циклонов, тайфунов); возникают в связи с изменениями давления атмосферы и ветровых условий.

Сейсмические волны

Сейсмические волны создаются резкими вертикальными и горизонтальными движениями земной коры при землетрясениях, оползнях и подводных извержениях1. На поверхности океанов и морей эти колебания возбуждают серию свободных волн, распространяющихся с большой скоростью и создающих у берегов явление цунами.

Корабельные волны

Корабельные волны возникают при движении корабля или иного твердого тела в воде.

Волновые процессы

Волновые процессы развиваются при участии не только этих внешних возбуждающих сил, но и других физических факторов, сопутствующих или противодействующих основным силам. Волны, развитие которых определяется силой тяжести, называют гравитационными. Под влиянием пульсаций давления ветра в тонком поверхностном слое возникают капиллярные волны (рябь), которым противодействуют капиллярные силы, т. е. силы поверхностного натяжения воды (см. стр. 15). Это первичная стадия развития ветровых волн, которые при дальнейшем воздействии ветра преобразуются в гравитационные. На их наветренных склонах могут вновь появляться первичные капиллярные волны.

Другие классификации волн

Волны классифицируют и по другим признакам. Все волны, которые существуют в результате действия внешних сил, называются вынужденными, а остающиеся после прекращения воздействия силы — свободными. Период вынужденных волн близок к периоду возбуждающей силы, а амплитуда колебаний зависит от амплитуды внешней силы, размеров, формы и глубины бассейна. По фазе вынужденные колебания смещены относительно фазы внешней силы. Свободные волны имеют период и амплитуду колебаний, зависящие от морфометрических условий бассейна, его размеров, изменений глубин и очертаний. В реальных условиях вынужденные и свободные ветровые, приливные, барические и сейсмические волны могут иметь различный профиль, в зависимости от которого их подразделяют на поступательные, стоячие и поступательно-стоячие (рис. 22).

Поступательные — это вынужденные или свободные прогрессивные волны, у которых наблюдается перемещение профиля волны в пространстве.

Стоячие волны возникают в результате интерференции прогрессивных волн, бегущих с разных направлений и, в частности, отраженных берегами.

У поступательных волн частицы воды совершают колебания по круговым или эллиптическим орбитам; у правильных стоячих волн колебания происходят по орбитам, вертикальным в пучностях, горизонтальным в узлах и наклоненным в промежутках между пучностями и узлами.

У стоячих волн наибольшие вертикальные колебания отмечаются в пучностях, а наименьшие — в узлах.

Рис. 22 Поступательная (а) и стоячая (б) волны
Рис. 22 Поступательная (а) и стоячая (б) волны
Рис. 23. Формы волны. а — двухмерная, б — трехмерная.
Рис. 23. Формы волны. а — двухмерная, б — трехмерная.

Иногда в результате неполного отражения прогрессивных волн в бассейнах с переменным поперечным сечением возникают сложные поступательно-стоячие волны.

По форме выделяют двухмерные волны, имеющие большую протяженность гребня, и трехмерные, длина гребня которых соизмерима с длиной волны (рис. 23).

По размерам волны делят на короткие, волны конечной глубины и длинные. Это подразделение определяется отношением  длины волны λ к глубине моря Н. Если отношение λ/Н<2, волны короткие; если λ/Н≈2, волны конечной глубины и при λ/Н>2 волны длинные. Короткие волны обычно и короткопериодные, а длинные— долгопериодные. По расположению различают поверхностные и внутренние волны. Поверхностные возникают на поверхности океана, внутренние — в толще воды, на поверхности раздела слоев воды с различной плотностью.

Источник: Общая гидрология, Гидрометеоиздат, Ленинград, 1973