Элементы волн

Классификация морских волн.

План

Лекция № 4. Тема. Морские волны

УДК: 656.62.052.4:551.5 (075) Кузнецов Ю.М. к.т.н., доцент,

кафедры «Судовождение»

1. Классификация морских волн.

2. Элементы волн.

3. Наблюдение за волнами.

В результате воздействия на воды океанов и морей различных природных сил возникают колебательные и поступательные движения частиц воды.

Под морскими волнами понимают такую форму периодического, непрерывно меняющегося движения, при котором частицы воды совершают колебания около своего положения равновесия.

Морские волны классифицируются по различным признакам:

По происхождению выделяют следующие виды волн:

- ветровые, образующиеся под действием ветра,

- приливные, возникающие под действием притяжения Луны и Солнца,

- анемобарические, образующиеся при отклонении уровня поверхности моря от положения равновесия, происходящего под действием ветра и изменения атмосферного давления,

- сейсмические (цунами), возникающие в результате подводных землетрясений и извержения подводных или прибрежных вулканов,

- корабельные, образующиеся при движении судна.

По силам, стремящимся возвратить частицу воды в положение равновесия:

- капиллярные волны (рябь),

- гравитационные.

По действию силы после образования волны:

- свободные (действие силы прекратилось),

- вынужденные (действие силы не прекратилось.

По изменчивости элементов во времени:

- установившиеся (не изменяют своих элементов),

- неустановившиеся, развивающиеся, затухающие, (изменяющие свои элементы во времени).

По расположению в толще воды:

- поверхностные, возникающие на поверхности моря,

- внутренние, возникающие на глубине.

По форме:

- двухмерные, представляющие собой следующие друг за другом длинные параллельные валы,

- трехмерные, не образующие параллельных валов. Длина гребня соизмерима с длиной волны (ветровое волнение),

- уединенные (одиночные),имеющие только куполообразный гребень без подошвы волны.

По соотношению длины волны и глубины моря:

- короткие (длина волны значительно меньше глубины моря),

- длинные (длина волны значительно больше глубины моря).

По перемещению формы волны:

- поступательные, характеризующиеся видимым перемещением профиля волны Частицы воды движутся по круговым орбитам.

- стоячие (сейша), не перемещаются в пространстве. Частицы воды совершают движение только в вертикальном направлении. Сейши возникают тогда, когда уровень воды поднимается у одного края водоема и одновременно опускается у другого обычно после прекращения ветра.

В небольших бассейнах (в гавани, бухте и т. п.) сейша может возникать при прохождении судов.

Наиболее часто в морях и океанах судоводителям приходится встречаться с ветровыми волнами, которые вызывают качку судна, заливаемость палубы, уменьшают скорость хода, а при сильном шторме наносят повреждения, которые приводят к гибели судна.

Ветровое волнение подразделяется на три основных типа:

Ветровое – это волнение, которое образуется ветром, дующим в данном месте в данный момент. При ослаблении или полном прекращении ветра волнение переходит в зыбь.

Зыбь – это волнение, распространяющееся по инерции в виде свободных волн после ослабления или прекращения ветра. Зыбь, распространяющаяся при штиле, называется мертвой. Волны зыби обычно длиннее ветровых, более пологи и имеют почти симметричную форму. Направление зыби может отличаться от направления ветра и нередко зыбь распространяется навстречу ветру или под прямым углом к нему.

Прибой – это волны, образуемые ветровыми волнами или зыбью вблизи берегов. Распространяясь с глубокой воды открытого моря в сторону берега на мелководье, волны трансформируются. Трехмерные волны превращаются в двухмерные, имеющие вид длинных гребней, параллельных друг другу, Их высота, крутизна и разрушительная сила увеличиваются Сила удара прибойной волны может достигать 90 т/м². В зоне прибоя возникают опрокидывающие и переворачивающие моменты, опасные для плавсредств.

Поэтому плавание в мелководной прибрежной зоне и высадка на берег здесь очень затруднительна, опасна, а иногда и невозможна.

Предупреждениями о подводных препятствиях могут служить буруны.

Бурун – это явление, когда волны опрокидываются и разбиваются над мелями, банками, рифами и другими повышениями дна.

Одной из разновидностей волн является толчея -это встреча волн с разных направлений, в результате чего они утрачивают определенное направление движения и представляют собой беспорядочные стоячие волны.

Каждая волна характеризуется определенными элементами, такими как:

Гребень волны – часть волны, расположенная выше спокойного уровня.

Вершина волны – наивысшая точка гребня волны.

Ложбина волны – часть волны, расположенная ниже спокойного уровня.

Волны характеризуются следующими элементами (Рис.1):

Рис. 1 Элементы волн

- подошва - наинизшая точка ложбины волны;

- высота h - расстояние по вертикали от подошвы до вершины волны;

- длина λ - горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней;

- крутизна – отношение высоты волны к ее длине ();

- период τ – промежуток времени, между прохождением двух смежных вершин через одну и ту же фиксированную точку;

- фронт – линия, проходящая вдоль гребня данной волны; линия, перпендикулярная фронту волны, называется волновым лучом;

- скорость распространения c - расстояние, проходимое определенной точкой волны в единицу времени;

- направление распространения - угол, отсчитываемый от норда в сторону движения волн (или истинный румб, откуда движутся волны).

На основании гидродинамической теории волн получены формулы, связывающие отдельные элементы волн на глубокой воде (когда глубина моря >);

с = 1,56 τ,

λ = 0,64 с ²,

τ = 0,64 с,

Высота волны измеряется непосредственно или определяется приближенно с помощью специальной номограммы.

Установлено, что с глубиной волнение быстро затихает и распространяется до глубин, равных длине волны. Так, на глубине, равной половине длины волны, высота волны меньше, чем на поверхности, в 23 раза, а на глубине, равной длине волны в 535 раз.

В навигации следует учитывать, что большие волны возникают при очень сильном ветре постоянного направления, дующем продолжительное время

(более суток), в значительных по размерам и глубинам бассейнах, и что в прибрежной зоне большое влияние на волнообразование, кроме глубины, оказывает конфигурация береговой черты и направление ветра относительно берега (ветер с берега или с моря).

Дата добавления: 2014-01-11