Волна — движение воды на морской поверхности, возникающее через определённые промежутки времени.

Морская волна.

Волна (Wave, surge, sea) — образуется благодаря сцеплению частиц жидкости и воздуха; скользя по гладкой поверхности воды, поначалу воздух создаёт рябь, а уже затем, действует на ее наклонные поверхности, развивает постепенно волнение водной массы. Опыт показал, что водяные частицы не имеют поступательного движения; перемещается только вертикально. Морскими волнами называют движение воды на морской поверхности, возникающее через определённые промежутки времени.

Структура морской волны

Высшая точка волны называется гребнем или вершиной волны, а низшая точка — подошвой. Высотой волны называется расстояние от гребня до её подошвы, а длина это расстояние между двумя гребнями или подошвами. Время между двумя гребнями или подошвами называется периодом

волны.

Основные причины возникновения

В среднем высота волны во время шторма в океане достигает 7-8 метров, обычно может растянуться в длину — до 150 метров и до 250метров во время шторма.

В большинстве случаев морские волны образуются ветром.Сила и размеры таких волн зависят от силы ветра, а так-же его продолжительности и «разгона» — длины пути, на котором ветер действует на водную поверхность. Иногда волны, которые обрушиваются на побережье, могут зарождаются за тысячи километров от берега. Но есть ещё много других факторов возникновения морских волн: это приливообразующие силы Луны, Солнца, колебания атмосферного давления, извержения подводных вулканов, подводных землетрясений, движением морских судов.

Волны, наблюдаемые и в других водных пространствах, могут быть двух родов:

1) Ветровые, созданные ветром, принимающие по прекращении действия ветра установившийся характер и называемые установившимися волнами, или зыбью; Ветровые волны создаются вследствие воздействия ветра (передвижение воздушных масс) на поверхность воды, то есть нагнетания. Причина колебательных движений волн становится легко понятна, если заметить воздействие того же ветра на поверхность пшеничного поля. Хорошо заметна непостоянность ветровых потоков, которые и создают волны.

2) Волны перемещения, или стоячие волны, образуются в результате сильных толчков на дне при землетрясениях или возбужденные, например, резким изменением давления атмосферы. Данные волны носят также название одиночных волн.

В отличие от приливов, отливов и течений волны в не перемещают массы воды. Волны идут, но вода остается на месте. Лодка, которая качается на волнах, не уплывает вместе с волной. Она сможет немного переместиться по наклонной, только благодаря силе земной гравитации. Частицы воды в волне движутся по кольцам. Чем дальше эти кольца от поверхности, тем меньше они становятся и, наконец, исчезают совсем. Находясь в субмарине на глубине 70-80 метров, вы не ощутите действие морских волн даже при самом сильном шторме на поверхности.

Виды морских волн

Волны могут проходить огромные расстояния, не изменяя формы и практически не теряя энергии, долго после того, как вызвавший их ветер утихнет. Разбиваясь о берег, морские волны высвобождают огрмную энергию, накопленную за время странствия. Сила непрерывно разбивающихся волн по-разному изменяет форму берега. Разливающиеся и накатывающиеся волны намывают берег и поэтому называются

конструктивными. Волны, обрушивающиеся на берег, постепенно разрушают его и смывают защищающие его пляжи. Поэтому они называются деструктивными.

Размытый берег прибрежного посёлка

Низкие, широкие, закругленные волны вдали от берега называются зыбью. Волны заставляют частички воды описывать кружки, кольца. Размер колец уменьшается с глубиной. По мере приближения волны к покатому берегу частицы воды в ней описывают все более сплющенные овалы. Приближаясь к берегу, морские волны больше не могут замкнуть свои овалы, и волна разбивается. На мелководье частицы воды больше не могут замкнуть свои овалы, и волна разбивается. Мысы образованы из более твердой породы и разрушаются медленнее, чем соседние участки берега. Крутые, высокие морские волны подтачивают скалистые утесы у основания, образуя ниши. Утесы порой обрушиваются. Сглаженная волнами терраса — это все, что остается от разрушенных морем скал. Иногда вода поднимается по вертикальным трещинам в скале до вершины и вырывается на поверхность, образуя воронку. Разрушительная сила волн расширяет трещины в скале, образуя пещеры. Когда волны подтачивают скалу с двух сторон, пока не соединятся в проломе, образуются арки. Когда верх арки падает в море, остаются каменные столбы. Их основания подтачиваются, и столбы обрушиваются, образуя валуны. Галька и песок на пляже — это результат эрозии.

Деструктивные волны постепенно размывают берег и уносят песок и гальку с морских пляжей. Обрушивая всю тяжесть своей воды и смытого материала на склоны и обрывы, волны разрушают их поверхность. Они вжимают воду и воздух в каждую трещину, каждую расщелину, часто с энергией взрыва, постепенно разделяя и ослабляя скалы. Отколовшиеся обломки скал используются для дальнейшего разрушения. Даже самые твердые скалы постепенно уничтожаются, и суша на берегу изменяется под действием волн. Волны могут разрушать морской берег с поразительной быстротой. В графстве Линкольншир, в Англии, эрозия (разрушение) надвигается со скоростью 2 м в год. С 1870 г., когда был построен самый большой в США маяк на мысе Гаттерас, море смыло пляжи на 426 м в глубину побережья.

Цунами

Цунами

Цунами — это волны огромной разрушительной силы. Они вызываются подводными землетрясениями или извержениями вулканов и могут пересекать океаны быстрее, чем реактивный самолет: 1000 км/ч. В глубоких водах они могут быть ниже одного метра, но, приближаясь к берегу, замедляют свой бег и вырастают до 30-50 метров, прежде чем обрушиться, затопляя берег и сметая все на своем пути. 90% всех зарегистрированных цунами отмечено в Тихом океане.

Наиболее распространённые причины.

Около 80% случаев зарождения цунами являются подводные землетрясения. При землетрясении под водой происходит взаимное смещение дна по вертикали: часть дна опускается, а часть приподнимается. На поверхности воды происходят колебательные движения по вертикали, стремясь вернуться к исходному уровню, — среднему уровню моря, — и порождает серию волн. Далеко не каждое подводное землетрясение сопровождается цунами. Цунамигенным (то есть порождающим волну цунами) обычно является землетрясение с неглубоко расположенным очагом. Проблема распознавания цунамигенности землетрясения до сих пор не решена, и службы предупреждения ориентируются на магнитуду землетрясения. Наиболее сильные цунами генерируются в зонах субдукции. Также, необходимо чтобы подводный толчок вошёл в резонанс с волновыми колебаниями.

Оползни. Цунами такого типа возникают чаще, чем это оценивали в ХХ веке (около 7 % всех цунами). Зачастую землетрясение вызывает оползень и он же генерирует волну. 9 июля 1958 года в результате землетрясения на Аляске в бухте Литуйя возник оползень. Масса льда и земных пород обрушилась с высоты 1100 м. Образовалась волна, достигшая на противоположном берегу бухты высоты более 524 м. Подобного рода случаи достаточно редки и, не рассматриваются в качестве эталона. Но намного чаще происходят подводные оползни в дельтах рек, которые не менее опасны. Землетрясение может быть причиной оползня и, например, в Индонезии, где очень велико шельфовое осадконакопление, оползневые цунами особенно опасны, так как случаются регулярно, вызывая локальные волны высотой более 20 метров.

Вулканические извержения составляют примерно 5% всех случаев цунами. Крупные подводные извержения обладают таким же эффектом, что и землетрясения. При сильных вулканических взрывах образуются не только волны от взрыва, но вода также заполняет полости от извергнутого материала или даже кальдеру, в результате чего возникает длинная волна. Классический пример — цунами, образовавшееся после извержения Кракатау в 1883 году. Огромные цунами от вулкана Кракатау наблюдались в гаванях всего мира и уничтожили в общей сложности более 5000 кораблей, погибло около 36 000 человек.

Признаки появления цунами.

• Внезапный быстрый отход воды от берега на значительное расстояние и осушка дна. Чем дальше отступило море, тем выше могут быть волны цунами. Люди, которые находятся на берегу и не знающие об опасности, могут остаться из любопытства или для сбора рыбы и ракушек. В данном случае необходимо как можно скорее покинуть берег и удалиться от него на максимальное расстояние — таким правилом следует руководствоваться, находясь, например, в Японии, на Индоокеанском побережье Индонезии, Камчатке. В случае телецунами волна обычно подходит без отступления воды.
• Землетрясение. Эпицентр землетрясения находится, как правило, в океане. На берегу землетрясение обычно гораздо слабее, а часто его нет вообще. В цунамоопасных регионах есть правило, что если ощущается землетрясение, то лучше уйти дальше от берега и при этом забраться на холм, таким образом заранее подготовиться к приходу волны.
• Необычный дрейф льда и других плавающих предметов, образование трещин в припае.
• Громадные взбросы у кромок неподвижного льда и рифов, образование толчеи, течений.

Волны-убийцы

Волны-убийцы

Волны-убийцы (Блужда́ющие во́лны, волны-монстры, freak wave — аномальная волна) — гигантские волны, возникающие в океане, высотой более 30 метров, обладают несвойственным для морских волн поведением.

Еще каких-то 10-15 лет назад ученые считали истории моряков об исполинских волнах-убийцах, которые возникают из ниоткуда и топят корабли, всего лишь морским фольклором. Долгое время блуждающие волны считались выдумкой, так как они не укладывались ни в одну существовавшую на то время математические модели расчётов возникновения и их поведения, потому как волны высотой более 21 метра в океанах планеты Земля не могут существовать.

Одно из первых описаний волны-монстра относится к 1826 году. Её высота была более 25 метров и заметили её в Атлантическом океане недалеко от Бискайского залива. Этому сообщению никто не поверил. А в 1840 году мореплаватель Дюмон д’Юрвиль рискнул явиться на заседание Французского географического общества и заявить, что своими глазами видел 35-метровую волну. Присутствующие подняли его на смех. Но историй о громадных волнах-призраках, которые появлялись внезапно посреди океана даже при небольшом шторме, и своей крутизной походили на отвесные стены воды, становилось все больше.

Исторические свидетельства «волн-убийц»

Так, в 1933 году корабль ВМС США «Рамапо» попал в шторм в Тихом океане. Семь суток корабль бросало по волнам. А утром 7 февраля сзади внезапно подкрался невероятной высоты вал. Вначале судно швырнуло в глубокую пропасть, а потом подняло почти вертикально на гору пенящейся воды. Экипаж, которому посчастливилось выжить, зафиксировал высоту волны — 34 метра. Двигалась она со скоростью 23 м/сек, или 85 км/ч. Пока что это считается самой высокой когда-либо измеренной волной-убийцей.

Во время Второй мировой войны, в 1942 году, лайнер «Королева Мария» вез 16 тыс. американских военных из Нью-Йорка в Великобританию (между прочим, рекорд по количеству человек, перевозимых на одном судне). Неожиданно возникла 28-метровая волна. «Верхняя палуба была на обычной высоте, и вдруг — раз! — она резко ушла вниз», — вспоминал доктор Норвал Картер, находившийся на борту злополучного корабля. Корабль накренился под углом 53 градуса — если бы угол составил хотя бы на три градуса больше, гибель была бы неизбежной. История «Королевы Марии» легла в основу голливудского фильма «Посейдон».

Однако 1 января 1995 года на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море у побережья Норвегии была впервые приборно зафиксирована волна высотой в 25,6 метров, названная волной Дропнера. Проект «Максимальная волна» позволил по-новому посмотреть на причины гибели сухогрузов судов, которые перевозили контейнеры и другие немаловажные грузы. Дальнейшие исследования зафиксировали за три недели по всему земному шару более 10 одиночных гигантских волн, высота которых превышала 20 метров. Новый проект получил название Wave Atlas (Атлас волн), в котором предусматривается составление всемирной карты наблюдавшихся волн-монстров и её последующую обработку и дополнение.

Причины возникновения

Существует несколько гипотез о причинах возникновения экстремальных волн. Многие из них лишены здравого смысла. Наиболее простые объяснения построены на анализе простой суперпозиции волн разной длины. Оценки, однако, показывают, что вероятность экстремальных волн в такой схеме оказывается слишком мала. Другая заслуживающая внимания гипотеза предполагает возможность фокусировки волновой энергии в некоторых структурах поверхностных течений. Эти структуры, однако, слишком специфичны для того, чтобы механизм фокусировки энергии мог объяснить систематическое возникновение экстремальных волн. Наиболее достоверное объяснение возникновения экстремальных волн должно основываться на внутренних механизмах нелинейных поверхностных волн без привлечения внешних факторов.

Интересно, что такие волны могут быть как гребнями, так и впадинами, что подтверждается очевидцами. Дальнейшее исследование привлекает эффекты нелинейности в ветровых волнах, способные приводить к образованию небольших групп волн (пакетов) или отдельных волн (солитонов), способных проходить большие расстояния без значительного изменения своей структуры. Подобные пакеты также неоднократно наблюдались на практике. Характерными особенностями таких групп волн, подтверждающими данную теорию, является то, что они движутся независимо от прочего волнения и имеют небольшую ширину (менее 1 км), причем высоты резко спадают по краям.

Впрочем, полностью прояснить природу аномальных волн пока не удалось.

Ссылки на интернет ресурсы

https://ru.wikipedia.org https://sea-wave.ru https://www.seapeace.ru https://dic.academic.ru

Какими бывают ВОЛНЫ РЕКИ — Карта слов и выражений русского языка

ВОЛНА́¹, -ы́, мн. во́лны, дат. волна́м и во́лнам, твор. волна́ми и во́лнами, предл. о волна́х и о во́лнах, ж. 1. Водяной вал, образуемый колебательными движениями водной поверхности.

ВОЛНА́², -ы́, и ВО́ЛНА, -ы, ж. Обл. Шерсть.

Все значения слова «волна»

РЕКА́, -и́, вин. реку́ и ре́ку, мн. ре́ки, дат. река́м и ре́кам, твор. река́ми и ре́ками, предл. в река́х и в ре́ках, ж. 1. Естественный значительный и непрерывный водный поток, питающийся поверхностным или подземным стоком с площадей своих бассейнов и текущий в разработанном им русле. Река Нева. Судоходная река. Берег реки. Плыть вниз по реке. Мост через реку.

Все значения слова «река»

• Это будут волны реки или моря, между которыми «лоцману» нужно провести свой корабль, точно следуя изгибу нарисованных волн.

• Погнал купец лодки с людьми к тонувшей барке, а волны реки своё дело делали: качали на седых гребнях утлые судёнышки, заливали их водой да захлёстывали.

• Странно и жутко было идти, скользя и балансируя, и видеть прямо под своими ногами, сквозь зеленоватую прозрачную плиту льда полуметровой толщины, бушующие волны реки, мелькавшие в зеленоватом мерцании с огромной быстротой.

(все предложения)

Волны на воде. Структура, виды, названия.

Образование волн на поверхности воды называется волнением. Волны, наблюдаемые на поверхности воды, делятся на: Волны трения: ветровые, образующиеся в результате действия ветра глубинные Приливные волны. Гравитационные волны: гравитационные волны на мелкой воде гравитационные волны на глубокой воде сейсмические волны (цунами), возникающие в океанах в результате землетрясения (или вулканической деятельности) и достигающие у берегов высоты 10—30 м. корабельные волны Волны состоят из чередующихся между собой валов и впадин. Верх волны называется гребнем, основание волны — подошвой. В прибрежных районах моря существенны только ветровые волны (волны трения). 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. 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». В открытом море «барашки» образуются при ветре, который называется «свежим» (ветер силой 5 баллов и скоростью 8,0—10,7 м/с, или 33 км/ч). Зыбь — волнение, продолжающееся после ветра уже затихшего, ослабевшего или изменившего направление. Волнение, распространяющееся по инерции при полном безветрии, называется мертвой зыбью. При встрече волн с разных румбов на некоторой площади образуется толчея. Хаотическое нагромождение волн, образующихся при встрече прямых волн с отраженными — это тоже толчея. При прохождении волн над банками, рифами и камнями образуются буруны. Набегание волн на берег с увеличением по высоте и крутизне и последующим опрокидыванием называется прибоем. Прибой получает разный характер в зависимости от того, какой берег: отмелый (имеющий малые углы наклона и большую ширину подводного склона) или приглубый (имеющий значительные уклоны подводного склона). Опрокидывание гребня идущей волны на крутой берег образует взбросы, имеющие большую разрушительную силу. © Юрий Данилевский: Ноябрьский шторм. Севастополь Когда прибой случается у приглубого берега, круто поднимающегося из воды, то рассыпание волны происходит только при ударе о берег. При этом образуется обратная волна, встречающаяся со следующей за ней и уменьшающая ее силу удара, а затем набегает новая волна и снова ударяет в берег. Такие удары волн в случае большой зыби или сильного волнения сопровождаются нередко взбросами волн на значительную высоту. © Шторм в Севастополе, 11 ноября 2007г. На берегах Черного моря сила удара волны может достигать 25 т на 1 м2. При взбросе волна получает огромную силу. На Шетландских островах, к северу от Шотландии, встречаются обломки гнейсовых скал, доходящие до 6—13 т весом, выброшенные прибоем на высоту до 20 м над уровнем моря. Бурное продвижение волн и зыби на берег называется накат. 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. Направление распространения волны в открытом море обозначается на поверхности воды семейством параллельных полос пены — следа разрушающихся гребней волны. И на закуску — штормовое море под музыку Раммштайна. Рекомендую.

виды волн и определение волны. Виды электромагнитных и звуковых волн

Волны бывают не только в воде. Из них состоят звук, свет и т. д. Как такое может быть и что такое волны вообще?

Сущность

Этот термин используется в различных научных областях, но прежде всего в физике. Согласно терминологии данной дисциплины процесс распространения колебаний — это волна. Определение несложное, но на деле все не так уж и просто. При этом отдельные частицы не движутся, а лишь перемещаются вблизи своих положений равновесия. Из чего следует такое свойство волн: они являются средством переноса энергии без изменений в материи. Иногда происходит и это, но лишь как побочное явление. Те, кто хоть раз был на море, прекрасно представляют себе, что такое волна.

Определение, впрочем, — это не единственное, что нужно знать, сталкиваясь с данным явлением. Важно то, что оно крайне тесно взаимосвязано с колебаниями, поэтому их изучение происходит совместно как в теории, так и на практике.

Происхождение

Волны могут генерироваться различными способами. Причиной их возникновения всегда служит возбуждение частиц и выведение их из равновесия. Это может быть сделано с помощью специальных устройств, таких как антенны или излучатели. Кроме того, причиной может быть возникновение неустойчивостей, как в случае с сильным ветром, из-за которого по воде бежит рябь.

История исследования явления

Изучением механизма возникновения и распространения волн в различных научных дисциплинах, таких как океанология, сейсмология, механика, акустика, медицина и, разумеется, физика в целом, а также многие другие, занимались многие известные ученые. Считается, что наиболее весомый вклад внес немецкий исследователь Генрих Герц. Он установил некоторые закономерности и открыл неизвестные до этого явления, связанные с взаимодействием электромагнитных волн, например, интерференцию, дифракцию и поляризацию. Его исследования в дальнейшем были использованы для создания радиосвязи. Разумеется, были и другие ученые, изучавшие это явление и внесшие в развитие науки весомый вклад, например, Максвелл, но именно имя Герца было увековечено в единице измерения частоты волны.

Виды волн

Существует огромное количество классификаций по различным признакам. Прежде всего, это направление колебаний волны. Виды волн по этому критерию: продольные, поперечные, смешанные. Существуют и совершенно другие способы их группировки: описание уравнениями, геометрия, физическая среда и т. д.

Важно, что при возникновении этого явления ничего принципиально нового в веществе не появляется, меняется лишь организация частиц, что и порождает те или иные события. С точки зрения восприятия это может быть выражено как свет, цвет, звук, радиация, а также невидимая глазу энергия и т. д. В свою очередь, они также могут быть классифицированы.

Кроме того, еще различают механические и электромагнитные волны. Виды волн из первой категории также могут разделяться на упругие и те, которые возникают на поверхности воды. Эта классификация подразумевает рассмотрения среды распространения. В целом же основное и самое популярное деление включает в себя только звуковые и электромагнитные волны. О них в дальнейшем и пойдет речь более подробно.

Общее описание

Любая волна обладает рядом свойств и параметров, с помощью которых ее можно описать. Во-первых, это ее длина, которая обозначается как λ (лямбда). Кроме того, она обладает частотой, периодом и скоростью. Отдельно выделяют волновой фронт или поверхность, то есть множество точек, находящихся в одинаковой фазе, и луч или вектор, показывающий направление распространения.

С последними двумя параметрами связана еще одна классификация. В зависимости от вида фронта волны могут быть сферическими и плоскими. Для упрощенных расчетов и решения некоторых задач поверхность может считаться плоской, но только при условии значительного удаления от источника. Исходя из всех этих характеристик, и выделяют разные виды волн.

Примеры

Помимо самых понятных вещей, вроде звучания струны или волн на море, можно подумать также о кругах на воде, появляющихся от брошенного камня, взрывах, сне на мягком матрасе и многих других явлениях. Ультрафиолетовые или инфракрасные лучи, а также то, что не слышно человеческому уху — все это проявления одного и того же явления, распространения волны. Виды волн настолько разнообразны, а сами они настолько многолики, что действительно сложно поверить в то, что такие разные вещи, по сути, имеют одну природу.

Звуковые волны: особенности

Слух дает человеку огромное количество информации об окружающем мире. Но без волн это было бы невозможно. Звуковая их разновидность относится к упругим. Их особенность состоит в том, что длина таких волн и, соответственно, частота таковы, что высота находится в пределах слышимости. Для человека этот диапазон составляет от 20 до 20000 герц. Все, что ниже, называется инфразвуком, а выше — ультразвуком. Первый пока еще плохо изучен, а вот второй широко используется в науке, медицине и многих других областях. Таковы виды звуковых волн. Их характеристики определяются такими параметрами, как длина, частота и сочетание разных видов колебаний. От этого зависят, соответственно, громкость, высота тона и тембр.

Как и любая другая волна, звук по природе своей вызван колебаниями. Это можно ощутить, например, стоя на концерте рядом с колонкой. Волны могут распространяться во многих видах сред, в том числе жидких и твердых. В вакууме же, как считается, звуки не слышны. Именно поэтому так часто бывают упреки в сторону голливудских режиссеров, снимающих сцены с масштабными и громкими взрывами в безвоздушном пространстве. Изучением звуковых колебаний и волн занимается довольно обширный раздел физики — акустика. Эта крайне интересная наука имеет много способов применения в жизни. Например, с использованием знаний акустики проектируются концертные и оперные залы, чтобы представления были хорошо слышны на любых местах.

Восприятие звуков человеком и животными происходит за счет преобразования механических колебаний в электрические сигналы. Этот механизм довольно сложен, но его значение нельзя переоценить. Впрочем, то же самое можно сказать о звуках вообще. С их помощью можно общаться, передавать информацию, менять настроение. Они влияют на людей, даже если находятся вне пределов слышимости. Именно поэтому существует, например, понятие «шумовое загрязнение». За единицу громкости звука принят бел, названный так в честь ученого А. Белла, изобретателя телефона.

Свойства и виды электромагнитных волн

Но есть и особый тип колебаний, без которых сложно представить современную жизнь. Мобильные телефоны, беспроводная связь, радио, СВЧ-печи и многие другие приборы не существовали бы, если бы не были открыты электромагнитные волны. А еще было бы невозможно воспринимать цвет, да и света не существовало бы. Разве можно это себе представить?

В отличие от звуков эта разновидность колебаний может распространяться в любых средах, в том числе и в вакууме, причем их скорость равна скорости света. По сути, данный тип волн является распространением электромагнитных полей в пространстве и времени. Их структура крайне интересна, поскольку она состоит из двух частей. Магнитное и электрическое поля попеременно порождают друг друга и распространяются по взаимно перпендикулярным векторам. Одно из основных свойств такой волны — она всегда поперечная. Кроме того, она всегда распространяется с ускорением.

Различают разные виды электромагнитных волн в зависимости от их длины. Существует 6 основных диапазонов от самых длинных до самых коротких:

• радиоволны;
• инфракрасное излучение, иначе говоря, тепло;
• видимый свет и цвета;
• ультрафиолет;
• рентген;
• гамма-излучение (в том числе радиация).

Ведь действительно практически невозможно представить мир без всех этих явлений.

Физика колебаний и волн — Википедия

Физика колебаний и волн — раздел общей физики, изучающий физические явления, характеризующиеся циклическим изменением физических величин во времени и в пространстве. Это — одна большая часть школьного курса физики, изучается после электромагнетизма ( рассматривая механические и электромагнитные процессы вместе ) или сразу с механикой ( в связи с тем, что теория колебаний и волн развивается на основе кинематики и динамики, что охватывает механика ). ^[1][2]

В колебательных и волновых процессах численные значения физических величин циклически изменяются. Для упрощения анализа физических явлений в пространственных и временных координатах можно рассматривать проекции. Если зафиксировать какой-либо момент времени, волновой характер проявляется в определённом распределении характеризующей величины в пространстве, в котором налюдаемо чередование максимумов и минимумов физической величины. Если, напротив, зафиксировать пространственные координаты, локально наблюдаемая физическая величина совершает колебания.

Волновой циклический процесс состоит из циклов, которые повторяются в пространстве и времени. Колебания — это циклический процесс, в котором циклы повторяются во времени. Например, проекция точки, которая движится по единичной окружности, совершает колебания на отрезке [-1,1]. Соответствие между этими двумя циклическими процессами ( движением по окружности и движением проекции ) используют для графического отображения колебаний. Отображение колебаний с помощью вращающегося вектора амплитуды называется методом векторных диаграмм.^[3]

Колебаниями называются процессы, которые повторяются ( во времени ), так, что то в одну сторону, то в противоположную сторону меняется физическая величина, характеризующая явление.^[1][3] В зависимости от физической природы процесса, различают:

• Механические колебания:
  • Колебания пружины, колебания струны ( и мембраны ), колебания маятника.
  • Колебания поршня в цилиндре двигателя внутреннего сгорания, колебания Земной коры во время землетрясений.
  • Колебания давления воздуха во время распространения звука, волнение моря и качка корабля.
• Электромагнитные колебания: колебания в цепи переменного тока, колебания поля.
• Электромеханические колебания: колебания мембраны телефона, колебания диффузора электродинамического громкоговорителя. ^[3]

Колебания механической природы и электромагнитной природы подчиняются одинаковым количественным законам. Раздел физики, в котором колебания различной природы рассматривают с одной точки зрения, называется физикой колебаний. ^[1]

Система, совершающая колебания, называется колебательной системой.^[3] Основные свойства колебательных систем:

• У любой колебательной системы есть устойчивое состояние равновесия.
• Как только колебательная система оказывается выведеной из устойчивого состояния равновесия, появляется сила, возвращающая систему в устойчивое состояние.
• Вернувшись в устойчивое состояние, колеблющееся тело по инерции продолжает движение.^[2]

Если колебательная система в начальный момент времени находится в устойчивом состоянии равновесия, колебания не происходят пока на систему не подействует внешняя сила. Если колебательная система выведена из этого состояния, перечисленные свойства приводят к тому, что в системе происходят колебания, которые какое-то время продолжаются.

Колебания, которые происходят без переменных внешних воздействий на колебательную систему, называются свободными колебаниями. В противном случае — колебания называются вынужденными колебаниями. ^[3]

Колебания называются периодическими, если численные значения всех физических величин, характеризующих колебательную систему и меняющихся в процессе колебаний, повторяются через равные промежутки времени. Периодические колебания величины s(t){\displaystyle s(t)} называются гармоническими колебаниями, если s(t)=Asin(ωt+φ0){\displaystyle s(t)=Asin(\omega t+\varphi _{0})} или s(t)=Acos(ωt+φ1){\displaystyle s(t)=Acos(\omega t+\varphi _{1})}. Начальные фазы в аргументах этих тригонометрических функций связаны соотношением φ1=φ0−π/2{\displaystyle \varphi _{1}=\varphi _{0}-\pi /2}. ^[3]

Можно доказать, что величина ( s{\displaystyle s} ) совершает гармонические колебания ( с циклической частотой ω{\displaystyle \omega } ) тогда и только тогда, если она удовлетворяет уравнению d2sdt2+ω2s=0{\displaystyle {\frac {d^{2}s}{dt^{2}}}+\omega ^{2}s=0}. Поэтоту это уравнение называется дифференциальным уравнением гармонических колебаний. ^[3]

Когда система одновременно участвует в разных колебательных процессах, получение закона результирующих колебаний системы называется сложением колебаний. Гармонические колебания двух колебательных процессов называются когерентными, если разность их фаз не зависит от времени. В сложении некогерентных колебаний получаются негармонические результирующие колебания. Для сложения двух одинаково направленных гармонических колебаний можно использовать метод векторных диаграмм. ^[3]

При сложении одинаково направленных гармонических колебаний с циклическими частотами ω,2ω,3ω{\displaystyle \omega ,2\omega ,3\omega } и т. д. получаются периодические негармонические колебания с периодом 2π/ω{\displaystyle 2\pi /\omega }. Любое гармоническое колебание можно представить в виде суммы гармонических колебаний с такими частотами: s=f(t)=a02+∑n=1∞(ancos(nωt)+bnsin(nωt))=a02+∑n=1∞Ansin(nωt+φn){\displaystyle s=f(t)={\frac {a_{0}}{2}}+\sum _{n=1}^{\infty }(a_{n}cos(n\omega t)+b_{n}sin(n\omega t))={\frac {a_{0}}{2}}+\sum _{n=1}^{\infty }A_{n}sin(n\omega t+\varphi _{n})}, где

an=2T∫−T/2T/2f(t)cos(nωt)dt,(n=0,1,2,…){\displaystyle a_{n}={\frac {2}{T}}\int \limits _{-T/2}^{T/2}f(t)cos(n\omega t)\,dt,\,\,(n=0,1,2,…)},

bn=2T∫−T/2T/2f(t)sin(nωt)dt,(n=1,2,…){\displaystyle b_{n}={\frac {2}{T}}\int \limits _{-T/2}^{T/2}f(t)sin(n\omega t)\,dt,\,\,(n=1,2,…)}^[4]

Такое представление периодической функции f(t){\displaystyle f(t)} называется её разложением в ряд Фурье. Члены ряда Фурье, соответствующие колебаниям с циклическими частотами ω,2ω,3ω{\displaystyle \omega ,2\omega ,3\omega } и т. д. называются первой, второй, третьей и т. д. гармониками сложного периодического колебания. Совокупность этих гармоник образует спектр колебания. Периодические колебания имеют дискретный спектр частот. ^[3]

Непериодические колебания в общем случае имеют сплошной спектр частот. В гармоническом анализе эти сложные колебания представляются в виде интеграла Фурье. ^[3]

Некоторые непериодические колебания ( они называются почти периодическими, квазипериодическими ) имеют дискретный спектр частот. Но эти циклические частоты выражаются иррациональными числами. ^[3]

Различают 2 вида волн: упругие волны и электромагнитные волны.

Упругими волнами называются механические возмущения ( деформации ), которые распространяются в упругой среде. Тело называется упругим, если его деформации, которые появляются под влиянием внешних воздействий, полностью исчезают после прекращения этих воздействий.

Упругие волны в неограниченной среде распространяются, в результате вовлечения в вынужденные колебания всё более и более удалённых от источника волн частей среды. За колеблющиеся частицы сплошной среды, в которой распространяются упругие волны, принимают небольшие элементы объёма.

Упругая волна называется продольной, если частицы среды колеблются в направление распространения волны. Пример — звуковые волны в воздухе ( это — упругие волны малой интенсивности ).

Упругая волна называется поперечной, если частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны. Пример — волны, которые распространяются вдоль струн музыкальных инструментов.

Особое место занимают поверхностные волны. Имеются в виду волны на поверхности жидкости ( возмущения поверхности жидкости ). В поверхностных волнах частицы жидкости одновременно совершают и продольные, и поперечные колебания. ^[3]

Бегущая волна[править | править код]

Бегущей волной называется волна, которая, в отличие от стоячей волны, переносит энергию в пространстве. Уравнением бегущей волны называется зависимость величин, характеризующих колебания среды в распространении волны, от координат и времени.

Упругая волна называется синусоидальной, или гармонической, если соответствующие ей колебания частиц среды являются гармоническими. Частота этих колебаний называется частотой волны.

Волновой поверхностью, или волновым фронтом, называется геометрическое место точек с одинаковой фазой колебаний. Волна называется плоской, если её поверхности представляют собой совокупность параллельных плоскостей. Волна называется сферической, если её поверхности представляют собой концентрические сферы; центр этих сфер называется центром волны.

Уравнение плоской синусоидальной волны: s=Asin(ωt−{\displaystyle s=Asin(\omega t-}kr+α){\displaystyle +\alpha )}, где есть

k – волновой вектор,

r – радиус-вектор,

α{\displaystyle \alpha } – начальная фаза колебаний в

Уравнение сферической синусоидальной волны: s=a0rsin(ωt−kr+α){\displaystyle s={\frac {a_{0}}{r}}sin(\omega t-kr+\alpha )}, где a0{\displaystyle a_{0}} – это физическая величина, численно равная амплитуде волны на единичном расстоянии от центра волны.

Распространение волны в однородной изотропной среде описывается следующим дифференциальным уравнением в частных производных: Δs=1v2∂2s∂t2{\displaystyle \Delta s={\frac {1}{v^{2}}}{\frac {\partial ^{2}s}{\partial t^{2}}}}, где Δ{\displaystyle \Delta } – это оператор Лапласа и v{\displaystyle v} – скорость распространения волны. Плоская и сфирическая волна удовлетворяют этому уравнению. Функция s{\displaystyle s}, которая характеризует синусоидальную волну с волновым числом k{\displaystyle k}, распространяющуюся в однородной изотропной среде, одновременно удовлетворяет двум уравнениям: Δs=−k2s{\displaystyle \Delta s=-k^{2}s} и ∂2s∂t2=−ω2s{\displaystyle {\frac {\partial ^{2}s}{\partial t^{2}}}=-\omega ^{2}s}. ^[3]

Ссылки: использованная литература, список – в разделе «Примечания».
См. также на других языках: https://lv.wikipedia.org/wiki/Svārstību_un_viļņu_fizika

1. ↑ ^{1 2 3} G. Mjakiševs, B. Buhovcevs. Fizika 11. klasei. 303 с.
2. ↑ ^{1 2} Н. М. Шахмаев, С. Н. Шахмаев, Д. Ш. Шодиев. Физика 9. Москва, «Просвещение», 1994. 239 с.
3. ↑ ^{1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13} Б. М. Яворский, А. А. Детлаф. Справочник по физике. 512 с.
4. ↑ А. А. Детлаф, Б. М. Яворский. Курс физики. Москва, «Высшая школа», 1989. 607 с.

Откуда берутся волны и какие они бывают?

04 Апр Откуда берутся волны и какие они бывают?

Написано 15:00h в Серфинг автор admin

В этой статье мы расскажем о том, откуда берутся волны и о том, какие они бывают. Ведь волны — уникальный природный феномен, который дарит сёрферам множество эмоций и ощущений, заставляя отказаться от многого. Сёрфинг — это волны. А хороший серфинг невозможен без знаний о том, как рождаются волны, что влияет на их скорость, силу и форму, а также без понимания того, что каждая волна непохожа на другую.

Откуда берутся волны в океане

Всё дело в свелле. Если бы не свелл — не было бы волн. Что такое свелл? Свелл это энергия ветра, переданная волнам. Свеллы бывают нескольких видов, ветровой и донный (groundswell, накат):

1.  Исходя из названия, ветровой свелл образуется из-за ветра. Такой свелл появляется, когда ветер дует прямо у берега (например, во время шторма) и создаёт чоп (хаотичное волнение на поверхности океана). Ветровой свелл не очень подходит для сёрфинга.
2. Свелл, благодаря которому на берегу океана образуются серфовые волны, называется донным. Это именно то, откуда берутся волны, интересующие серферов.

Как зарождается свелл

Далеко в океане бушует шторм с сильными ветрами. Эти ветры начинают волнение на воде. Чем сильней ветер, тем больше размер волны. Определённой скорости ветра соответствует совершенно определённый размер волны. Она работает как парус и позволяет ветру себя разогнать и сделать больше.

Когда волны достигают максимально возможных размеров, они начинают путешествие к дальним берегам в ту сторону, куда дует ветер. Через некоторое время волны становятся похожими друг на друга — бОльшие из них поглощают маленькие, а быстрые съедают медленные. Получившаяся в результате группа волн, примерно одного размера и одной мощности, называется свеллом. Свелл может пройти сотни, а то и тысячи километров, прежде чем достигнет береговой линии.

Когда свелл приближается к меньшим глубинам, нижние потоки воды сталкиваются с дном, замедляются и им некуда деваться кроме как двигаться наверх, выталкивая всю воду над ними. Когда вода уже не может выдержать собственный вес — она начинает рушиться. Собственно, вот откуда берутся волны, на которых можно серфить.

Виды волн

1. Клозауты (close-out) закрываются по всей длине целыми секциями. Не самый подходящий вариант для катания, если только вы не учитесь кататься в пене. Когда размер волн больше 2 метров, то такие волны могут быть опасны. Распознать клозауты можно по ширине пика волны, который может достигать нескольких метров.
2. Пологие волны (Spilling waves) неспеша подходят к берегу и, благодаря небольшому уклону дна, неторопливо начинают ломаться, не образуя резкой стенки и трубы. На такие волны нужно заранее начинать разгребаться, и они больше подходят для начинающих сёрферов и лонгбордистов.
3. Трубящиеся волны (Plunging waves). Быстрые, мощные, резкие волны, которые образуют трубу. Возникают, когда свелл сталкивается с препятствием на своём пути. Например, это может быть выступающий риф или каменная плита. Такие волны мы привыкли видеть на сёрф-фото и в сёрф-видео. Позволяют делать проезды в трубе и эйры (прыжки). Опасны для начинающих сёрферов.

Виды сёрф-спотов

Характер волны определяется местом, где она встаёт, гакое место называется сёрф-спотом. Сёрф-споты разделяют на несколько видов.

1. Бич-брейк (Beach-break): свелл приходит к пляжу с песчаным дном и волна, столкнувшись с намывом песка на дне, начинает ломаться. Особенность бич-брейков состоит в том, что пики встают в местах, где образуются песчаные намывы, а их форма и положение может меняться каждый день, в зависимости от ветра, подводных течений, движения приливов/отливов и других факторов.
   С изменением формы и величины намыва меняется и характеристика волн, то есть волны могут быть как резкими трубящимися, так и пологими. Песчаное дно не представляет особой опасности, поэтому бич-брейки отлично подходят для обучения сёрфингу. На Бали бич-брейками является весь пляж вдоль Куты, Легиана и Семиньяка, а также Брава-бич, Эко-бич и другие.
2. Риф-брейк (Reef-break). Этот вид сёрф-спота характеризуется наличием рифа на дне. В качестве рифа могут выступать как коралловые рифы, так и каменное дно в виде отдельных камней или целых плит. Форма, мощность и длина волны зависят от того, какой формы риф на дне океана. На споте с риф-брейком всегда можно предсказать, где будет вставать пик волны. Риф-брейки гораздо более опасны, чем бич-брейки, за счёт острых рифов и камней на дне. На Бали большинство сёрф-спотов является риф-брейками. Улувату, Баланган, Паданг-Паданг, Бату-Болонг и множество других.
3. Поинт-брейк (Point-break) — это когда свелл сталкивается с какой-то преградой, выступающей из берега. Это может быть каменная гряда, мыс, небольшой полуостров. После столкновения волны огибают это препятствие и начинают ломаться друг за другом. В таких местах встают волны наиболее правильной формы, идут одна за одной, и могут подарить вам очень и очень длинные проезды. Примером пойнт-брейка на Бали является спот Медеви (Medewi).

Ветер и количество воды

Кроме места и свелла на то, откуда берутся волны для серфинга, влияют также ветер и высота воды (приливы и отливы).

Откуда берутся волны для катания или «унесенные ветром»
От ветра на берегу зависит качество волн. Самый правильный ветер для сёрфинга — это его отсутствие. Именно поэтому сёрферы встают в 4 утра или раньше, чтобы добраться до спота до рассвета, когда ветер не успел проснуться, а вода ещё зеркально-гладкая (glassy).

Если ветер всё-таки дует, то волны не испортятся (а иногда станут даже лучше), если он будет направлен с берега в океан. Такой ветер называют оффшор (offshore). Оффшор поддерживает волны от обрушения, делая их более резкими.

Ветер, который дует с океана на берег, называется оншор(onshore). Он ломает волны, заставляя их закрываться раньше времени, сдувая пики. Наименее предпочтительный ветер из всех. Сильный оншор вообще может убить всю каталку.

Также ветер может дуть вдоль берега, его называют кроссшор (cross shore). Здесь многое зависит от его силы и направления. Иногда кроссшор может несильно портить волны, а иногда может действовать также негативно, как оншор.

Приливы и отливы
Про приливы и то, как они влияют на волны, можно прочитать в этой статье

Анатомия волны

В строении волны выделяют несколько элементов:
Стенка (face/wall) — секция волны, где сёрфер проводит большую часть времени.
Лип (lip) — падающий гребень волны.
Плечо (shoulder) — место, где волна постепенно сходит на нет.
Подошва (trough) — самый низ волны.
Труба (tube/barrel) — место, где вода окружает сёрфера со всех сторон.

Теперь вы знаете, откуда берутся волны, но теория теорией, а по-настоящему познать волны можно лишь в процессе сёрфинга. Чем больше будете наблюдать за волнами и кататься на них, тем лучше вы будете читать океан, а это позволит вам ловить всё больше и больше отличных волн. А теперь доску подмышку и бегом кататься! 🙂

Виды волн

Все, что нужно знать о волнах

Волна формируется в результате преобразования энергии ветра в энергию воды. На качество волны влияет как ветер, дующий в океане далеко от берега, так и прибрежный ветер. Если прибрежный ветер дует на берег (onshore), то волна становится нестабильной и качество ее ухудшается. Если ветер дует с берега (offshore), формируется более плотная стенка волны, и образуется качественная волна для катания. Промежуточный вариант ветра — это ветер cross-shore. Такой ветер не дует четко на берег или с берега. Чаще всего cross-shore снижает качество волны для серфинга.

При наличии ветра на поверхности океана сначала образуются мелкие волны (Chop). При продолжительном сильном ветре образуется свелл (swell). Свелл, образованный в океане далеко от побережья, называется ground-swell. Если свел образован прибрежным ветром — это wind-swell. Преобразованная ветровая энергия достигает суши и происходит образование волн, на которых можно кататься на доске. То есть волна — это обрушенный свелл.

Следует принять во внимание, что на некоторых спотах более качественная волна образуется при определенном направлении свелла. То есть, например, если свелл восточный (волна идет с востока), то волн на споте почти нет, так как он закрыт с востока мысом. При приближении свелла, например, с юго-запада на данном споте образуются идеальные волны для серфинга. Информацию о том, какое направление свелла наиболее благоприятно для каждого конкретного спота, можно получить у местных серферов или просто при ежедневном наблюдении  за качеством волны на споте.

Основные характеристики волны:

Гребень (Crest) – не обрушившаяся часть волны, следующая за пиком;

Губа (Lip) – верхняя часть обрушивающейся волны;

Пик (Peak) – высшая точка волны;

Плечо (Shoulder) – наименее отвесная часть волны, наиболее удаленная от подошвы;

Подошва (Trough)  — нижняя часть волны, расположенная между гребнями двух соседних волн;

Стенка (Wall) – отвесная, необрушенная часть волны;

Труба (Tube или Barrel) – пространство между губой и стенкой волны, образованное при закручивании волны.

Период волны – время, необходимое волне, чтобы преодолеть расстояние от точки А до точки В.

Период волны (сек)	Условия для катания
1-5	Наихудшие условия для серфинга. Ветряной свелл. Волны неупорядоченные
6-8	Плохие условия для серфинга. Свелл формируется ветрами. Ветер, дующий с берега, может улучшить ситуацию
8-10	Хорошие условия для серфинга
10-12	Очень хорошие условия для серфинга
+13	Прекрасные условия для серфинга. Большой период. Плотная качественная волна.

/* Here you can add custom CSS for the current table */ /* Lean more about CSS: https://en.wikipedia.org/wiki/Cascading_Style_Sheets */ /* To prevent the use of styles to other tables use «#supsystic-table-5» as a base selector for example: #supsystic-table-5 { … } #supsystic-table-5 tbody { … } #supsystic-table-5 tbody tr { … } */

Частота волны – количество гребней волны, проходящих через точку А за 1 секунду.

На форму, размер и поведение волны оказывают влияние рельеф дна, сила ветра, его продолжительность и направление, приливы и отливы.

Зона 1 –замедление волны при уменьшении глубины, Зона 2 — образование восходящих потоков при уменьшении глубины, зона 3 – задняя часть гребня волны имеет большую скорость, чем передняя. Высота волны растет, и происходит обрушение.

В зависимости от направления движения волны относительно береговой линии (если смотреть на берег с воды) они бывают правыми (righthanders) и левыми (lefthanders).

Приливы и отливы (англ. Tide)

Огромное влияние на формирование условий для серфинга оказывают приливы и отливы. От местных приливов/отливов зависит скорость, размер и качество волны.

Прилив-повышение уровня воды относительно берега, отлив-понижение уровня воды.

Уровень воды зависит от постоянного движения воды в океане под действием Луны, Солнца и суточного вращения Земли.

Во время новолуния и полнолуния (Земля, Солнце и Луна находятся на одной прямой (на рисунке слева)) происходит так, что низкий уровень воды становится еще ниже, а высокий-еще выше. Такие приливы называют Spring Tide.

Через 7 дней после Spring Tide наблюдается Neap Tide. При этом линии Земля-Солнце и Земля-Луна перпендикулярны (на рисунке справа).

Для серферов выпускаются тайд-чарты – это специальные таблицы с указанием величины прилива по часам.

Обратите внимание, на приведенном тайд-чарте красным и белым кругами отмечены новолуние и полнолуние. Это время пиковых значений прилива.

Знание уровня тайда помогает при выборе места для катания. Существуют споты, которые работают только в высокую воду (иначе волна рушится на камнях или кораллах и катание опасно). Какие-то споты работают только в низкую воду или на средней воде. По приезде на новое место выясните у местных, какой уровень воды наиболее подходящий для данного спота.

Типы серф-спотов

В зависимости  от рельефа и структуры дна, а также от формы береговой линии серф-споты условно делят на три большие группы.

Бич-брейк (Beach—break)

На таком серф-споте волна находит на естественные отмели и намывы на дне. Бич-брейк характерен для песчаного дна (sand bar). Поскольку расположение намывов постоянно меняется, качество волны всегда разное. Причем меняется и форма, и размеры, и даже местоположение пика волны. Споты Beach-break чаще всего самые безопасные, поэтому идеально подходят для начинающих серферов.

На видео показана симуляция бич-брейка:

Риф-брейк (Reef—break)

Волна поднимается из-за каменистого дна или кораллового рифа. При встрече с рифом часть волны замедляется. При этом края волны продолжают двигаться с прежней скоростью. Получается большая и мощная волна. В отличие от бич-брейка волна на риф-брейке практически не меняется по форме и расположению пика. Следует помнить об опасности катания на риф-брейке, поскольку, падая в воду, серфер может получить серьезные травмы при ударе об острые кораллы. Известны даже летальные исходы. Поэтому крайне не рекомендуем новичкам катание на риф-брейках.

Тем не менее, серферы любят риф-брейки, так как на них можно покататься в трубах (pipeline).

Поинт-брейк (Point—break)

Волна на таком споте образуется при встрече океана с крупным участком суши, выступающим в море (мыс, полуостров и т.п.). При этом часть волны в точке встречи с естественным препятствием замедляется, остальная часть волны продолжает двигаться с прежней скоростью. Получаются длинные волны, способные держать форму долгое время.

Rivermouth

Отдельно стоит упомянуть серф-спот, который образуется в устье реки. Rivermouth не очень популярен у серферов.

Образование ривермаусов может происходить как в областях с песчаным дном, так и со скалистыми уступами.

На видео наглядно представлены некоторые из рассмотренных типов серф-спотов:

Хорошего свелла!

SurfPortal.ru