40. Волнение в озёрах. Элементы волны.

Волны, наблюдаемые на поверхности воды, делятся на три вида.

Ветровые волны, образующиеся в результате действия ветра.

Сейсмические волны, возникающие в океанах в результате землетрясения и достигающие у берегов высоты 10—30 м.

Сейши — волны, которые образуются в ограниченном бассейне, примыкающем к морю, в результате нарушения равновесия водной поверхности, вызванного сильным ветром или колебаниями почвы.

Для судовождения на реках и в прибрежных районах моря существенны только ветровые волны (волны трения).

Волны состоят из чередующихся между собой валов и впадин (рис. 79), где длина волны l , измеряемая в метрах, является расстоянием по горизонтали между соседними гребнями или подошвами волн; высота волны h — расстояние по вертикали от подошвы до гребня волны. Скорость волны, измеряемая в м/сек, — расстояние, которое проходят в единицу времени гребень или подошва волны в направлении ее движения.

Период волны — промежуток времени, за который последовательно проходят через одну и ту же точку два соседних гребня волн, измеряется в секундах. Угол склона или крутизна волны обозначается a . Фронт волны — линия, перпендикулярная направлению движения волны. Это направление, подобно курсу, определяется в румбах или градусах. Отношение высоты волны h к ее длине l также характеризует крутизну волн. Она меньше на морях и океанах и больше на водохранилищах и озерах.

Ветровые волны возникают с ветром, с прекращением ветра эти волны в виде мертвой зыби, постепенно затухая, продолжают двигаться в прежнем направлении.

Ветровое волнение зависит от величины водного пространства, открытого для разгона волны, скорости ветра и времени действия его в одном направлении, а также глубины. С уменьшением глубины волна становится крутой. Слабый ветер, дующий длительное время на большом водном пространстве, может вызвать волнение более значительное, чем сильный кратковременный ветер на малой водной поверхности. Высота волны связана со степенью волнения и определяется специальной шкалой волнений (см. табл. 3).

Ветровые волны несимметричны, наветренный склон их пологий, подветренный — крутой. Так как ветер на верхнюю часть волны действует сильнее, чем на нижнюю, гребень волны рассыпается, образуя «барашки».

Зыбь — волнение, продолжающееся после ветра уже затихшего, ослабевшего или изменившего направление. Волнение, распространяющееся по инерции при полном безветрии, называется мертвой зыбью.

Волны бывают правильные, когда их гребни ясно различимы, и неправильные, когда волны не имеют ясно выраженных гребней и образуются без всякой видимой закономерности. Гребни волн перпендикулярны направлению ветра в открытом море, озере, водохранилище, но у берега они принимают положение, параллельное береговой черте, набегая на берега.

Толчея — хаотическое нагромождение волн, образующихся при встрече прямых волн с отраженными. Опрокидывание гребня идущей волны на крутом берегу образует взбросы, имеющие большую разрушительную силу.

Набегание волн на отлогий берег с увеличением по высоте и крутизне и последующим опрокидыванием на берег называется прибоем. Над банками или рифами образуются буруны, служащие признаком подводной опасности.

Волны несколько успокаиваются от сильного дождя, от плавающих на поверхности воды водорослей, масла.

При обычных штормах длина большой морской волны бывает от 60 до 150 м, высота от 6 до 8 м с периодом в 6—10 сек. Крутизна волны достигает 1\20 — 1\10. На водохранилищах и глубоких озерах крутизна волны равна 1\10 — 1\15. Высота волны на водохранилище обычно достигает 2,5— 3,0 м, на озерах до 3,5 м. На реках и каналах высота волны обычно меньше — 0, 6 м, но иногда, особенно в период весенних вод, может достигать 1 м.

Максимальные высоты волн в океанах доходят до 20 м. На морях, озерах и водохранилищах* они различны, например: в Северном — 9, Средиземном — 8, Охотском — 7, на озерах Байкал и Ладожском — 6, Черном — 6 и Каспийском — 10, на Братском водохранилище — 4, 5 (в местах, где глубины 100 м), в Рыбинском водохранилище 2, 7, в Цимлянском — 4, 5, Куйбышевском — 3, в Белом море и Финском заливе — 2, 5 м; в низовьях Волги в шторм волны достигают высоты 1, 2 м.

ЭЛЕМЕНТЫ ВОЛНЫ

— длина, высота и период волны. Длиною волны наз. расстояние между вершинами или подошвами двух смежных волн. Высотою волны наз. возвышение вершины над подошвою. Периодом волны наз. промежуток времени, в течение которого волна пробегает путь, равный своей длине: иначе, это есть промежуток времени между прохождением двух последовательных вершин через ту же точку пространства. Самые большие штормовые волны Атлантического океана имеют длину в 400 м, высоту 10—13 м и период 17—18 сек. при скорости до 22 м/сек, т. е. около 44 мор. миль в час. Для установившегося правильного волнения, каким является т. наз. зыбь, между длиною волны L и периодом ее τ имеется такая зависимость:

τ = √2πL/g, где: g — есть ускорение силы тяжести, равное 9,81 м/сек2, если длина волны выражена в метрах. Скорость волны получится, если длину волны разделить на ее период. Что касается высоты H волны, то таковая не находится в прямой зависимости от длины ее. За крутизну волны обычно принимают отношение ее высоты к половине ее длины, т. е. (Н : L)/2. Наблюдения показывают, что, вообще говоря, чем волна короче, тем она круче, и наоборот. Волны самых больших размеров обыкновенно имеют высоту не более 1/20L, а для короткой волны высота может дойти до 1/10L.