Волнения морской воды
С явлением волнообразного движения водной поверхности знакомы все, даже жители наиболее континентальных мест видели его на каком-либо соседнем водоеме. Первое, что поражает наблюдающего волнообразное движение поверхности жидкости, это быстрое распространение формы волны, откуда и появились выражения: «волна бежит», «быстрый, как волна», и т. п. Такое перемещение формы волны, однако, вовсе не обуславливает какого-либо передвижения по тому же направлению и частиц той водной массы, где наблюдается волнообразное колебание поверхности; достаточно самого простого опыта, чтобы убедиться в отсутствии поступательного движения в массе волнующейся воды.
Стоит только поместить на волнующуюся поверхность поплавок и наблюдать его движение по отношению к какому-нибудь неподвижному предмету на берегу. Наблюдение быстро покажет, что поплавок, не обладающий собственным движением, не имеет поступательного движения, а только колебательное; при этом он поднимается и опускается на некоторую величину, и между этими двумя крайними положениями по вертикали он передвигается немного вправо и настолько же влево, т. е., очевидно, он описывает в пространстве некоторую орбиту. Движение поплавка, если и замечается, то оно обуславливается ветром, если волнение произведено последним. В случае же, если оно вызвано, например, падением какого-либо предмета на спокойную до того поверхность воды, то колебание поплавка будет совершенно правильное, и поступательного движения не будет вовсе, потому что волнение в данном случае имеет совершенно правильный характер, не нарушаемый трением воздуха, двигающегося при ветре почти по горизонтальному направлению над водой. Волнение такого рода встречается и в природе после успокоившегося ветра. Такое правильное волнение называется зыбью и представляет установившуюся форму волнения (по-английски такие волны называются free waves — свободные волны, в отличие от волн, все время подвергающихся действию ветра — forced waves — не свободные волны).
Нетрудно объяснить себе, почему удар, сопровождающий падение какого-либо тела на спокойную поверхность воды, производит волнение, расходящееся концентричными окружностями от места падения тела. Последнее, падая, вымещает свой объем в воде и тем самым раздвигает водные частицы и образует кольцеобразное возвышение вокруг себя. В следующее мгновение упавшее тело уже углубилось ниже уровня воды, и на его месте появляется маленький взброс частиц воды, стремящихся вернуться в свое положение равновесия и переходящих его в этом стремлении вследствие инерции, пока сила тяжести и внутреннее трение не остановят их; на месте бывшего вокруг точки падения тела кольцеобразного возвышения в этот момент и по той же причине появляется кольцеобразное углубление, окруженное новым кольцевым возвышением. Таким путем волнообразное движение передается все далее и далее по поверхности воды, пока внутреннее трение жидкости не уравновесит силы первоначального толчка, полученного жидкостью.
Если через место падения тела вообразить вертикальную плоскость, то она в сечении с волновой поверхностью воды даст профиль волны, волновую линию, которая, как дальше будет видно, в математике рассматривается под именем трохоиды.
Вообще, чтобы поверхность жидкости, находящейся в покое под влиянием всех действующих на нее сил, привести в волнообразное движение, необходимо, чтобы на нее подействовала какая-нибудь новая сила; в природе такой силой обыкновенно бывает ветер.
Исследования показали, что, если две среды разного удельного веса соприкасаются друг с другом, то только в состоянии покоя разделяющая их поверхность будет плоскостью. В случае же, если хотя бы одна из них движется, то разделяющая их поверхность принимает волнообразный характер, причем размеры волн зависят от скорости движения и от разности плотностей обеих сред.
Действительно, в случае воды и воздуха трение соприкасающихся слоев двух сред сейчас же вызовет движение верхнего слоя воды по направлению ветра, но, вследствие трения верхнего слоя воды о следующий, ниже лежащий, он будет отставать от ветра, и на нем образуются небольшие волны, так называемые капиллярные, которые, постепенно нарастая сообразно силе ветра, и образуют волнообразное движение воды.
Очевидно, по мере усиления ветра должно увеличиваться и волнение; в природе так и происходит, однако зависимость размеров волнения от силы ветра далеко не прямая, а гораздо более сложная.
|
|
Читайте в рубрике «Морские волны»: |