Волнение

I. Описание явления волнения. Историческая заметка по вопросу об изучении явления волнения. Характер волнения, волны ветровые, от землетрясений и стоячие. Понятие о трохоидальиой теории волнения. Применение законов образования трохоиды к объяснению волнового движения воды. Элементы волны. Внутреннее строение волны. Способы наблюдения элементов волн. Характер волнения в открытом океане. Результаты наблюдений воли в открытом океане. Видоизменение волнения с уменьшением глубины. Прибой, бурун, толчея. Влияние на волнение распространения на поверхности воды масла или скоплений мелких плавающих предметов.

II. Волны от землетрясений и вулканических извержений, случающихся в море.

Стоячие волны, сейши.

I. Описание явления волнения. 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 волнующуюся 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 силон 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, как это указано далее.

~1~ ~2~ ~3~ ~4~ ~5~ ~6~ ~7~ ~8~ ~9~ ~10~ ~11~ ~12~ ~13~ ~14~ ~15~ ~16~ ~17~ ~18~ ~19~ ~20~ ~21~ ~22~ ~23~ ~24~ ~25~ ~26~ ~27~ ~28~ ~29~ ~30~ ~31~ ~32~ ~33~ ~34~ ~35~ ~36~ ~37~ ~38~ ~39~ ~40~ ~41~ ~42~ ~43~ ~44~ ~45~ ~46~ ~47~ ~48~ ~49~ ~50~ ~51~ ~52~ ~53~ ~54~ ~55~ ~56~ ~57~ ~58~ ~59~ ~60~ ~61~ ~62~ ~63~ ~64~ ~65~ ~66~ ~67~ ~68~ ~69~ ~70~ ~71~ ~72~ ~73~ ~74~ ~75~ ~76~ ~77~ ~78~ ~79~ ~80~ ~81~ ~82~ ~83~ ~84~ ~85~ ~86~ ~87~ ~88~