МЕХАНИКА ОБРАЗОВАНИЯ ВОЛН
При виде волн в океане у людей замирает сердце и кажется, что это какая-то магия. Но за волшебством стоит физика. Причем не такая уж и сложная.
Свелл, в контексте океана, моря или озера, — это серия механических волн на поверхности воды, имеющих место при отсутствии прямого, непосредственного воздействия на неё внешней среды, таких как ветер, подземные толчки и т. п. Такие волны формируются за счёт ветра в регионах, значительно удалённых от берега. Лучшие волны для сёрфинга являются результатом взаимодействия ветров на поверхности воды далеко-далеко в океане. Так что ветер — главный фактор формирования волн, подходящих для сёрфинга.
Всё начинается далеко в океане, там, где дуют сильные ветры и бушуют шторма. Ветер дует из области повышенного давления в область пониженного. В океане эти области разделены многими километрами, поэтому ветер дует над очень большой площадью, передавая воде часть своей энергии за счет силы трения. Там, где это происходит, океан больше похож на бурлящий суп: как шторм на море, только масштабы больше. Здесь есть маленькие и большие волны, все вперемешку, наложенные друг на друга. Однако энергия воды тоже не стоит на месте, а движется в определенном направлении. Благодаря тому, что океан очень-очень большой, а волны разного размера движутся с разной скоростью, за время, пока вся эта бурлящая каша доходит до берега, она «просеивается», одни маленькие волны складываются с другими в большие, другие, наоборот, взаимно уничтожаются. В итоге к берегу приходит то, что называется Ground Swell – ровные гряды волн, разбитые на сеты от трех до девяти с небольшими промежутками затишья между ними.
Свелл — это серия механических волн на поверхности воды, которые имеют место без непосредственного воздействия среды. Важно понимать, что хотя мы видим движущиеся волны, перемещается на самом деле не вода, а энергия. Молекулы воды остаются на месте, совершая круговые колебательные движения. Каждая молекула толкает соседнюю, передаёт ей энергию и немного изменяет траекторию. В итоге молекула описывает окружность, но остаётся на месте.
Местный прибрежный ветер также может формировать небольшие волны, но может и ухудшать качество волн, пришедших из океана, тут все зависит от его направления. Так называемые ветровые свеллы, это волны, которые не успевают «просеяться» расстоянием, так как шторм бушует не так далеко от берега. Ветровые свеллы обычно хуже качеством, чем граунд свеллы, так как большие и маленькие волны приходят вперемешку, тем не менее, и на них можно кататься, благодаря чему существует серфинг, например, в Сочи. Если же говорить о влиянии ветра на граунд свелл, если дует на берег (так называемый «оншор» от англ. onshore), он является виновником неровных и закрывающихся волн, в то время, как ветер с берега («офшор» от англ. offshore), напротив, способствует формированию устойчивой волны, так как работает своеобразной придерживающей подушкой.
Источник
Почему волны на море?
Многие природные явления человек воспринимает как сами собой разумеющиеся. Мы привыкли к лету, осени, зиме, дождю, снегу, волнам и не задумываемся о причинах. И все же, почему в море образуются волны? Почему на водной глади появляется рябь даже в полный штиль?
Происхождение
Есть несколько теорий, объясняющих возникновение морских и океанических волн. Они образуются из-за:
- перепадов атмосферного давления;
- приливов и отливов;
- подводных землетрясений и вулканических извержений;
- движения судов;
- сильного ветра.
Чтобы понять механизм образования, нужно вспомнить, что вода волнуется и колеблется вынужденно – в результате физического воздействия. Галька, лодка, рука, коснувшаяся ее, приводят жидкую массу в движение, создавая колебания разной силы.
Характеристики
Волны – это тоже движение воды по поверхности водоема. Они являются результатом сцепления частиц воздуха и жидкости. Поначалу водно-воздушный симбиоз вызывает рябь на поверхности воды, а затем заставляет двигаться водные толщи.
Размер, длина и сила меняются, в зависимости от силы ветра. Во время шторма мощные столпы поднимаются на 8 метров и растягиваются в длину почти на четверть километра.
Иногда сила настолько разрушительная, что обрушивается на прибрежную полосу, вырывает с корнем зонты, душевые и другие пляжные постройки, сносит все на своем пути. И это при том, что формируются колебания за несколько тысяч километров от берега.
Все волны можно разделить на 2 категории:
Ветровые
Ветровые, как следует из названия, образуются под воздействием ветра. Его порывы проносятся по касательной, нагнетая воду и вынуждая ее двигаться. Ветер подталкивает жидкую массу вперед перед собой, но сила тяжести тормозит процесс, толкая ее обратно. Движения на поверхности, возникающие в результате влияния двух сил, напоминают подъемы и спуски. Их пики называются гребнями, а основания – подошвами.
Выяснив, почему образуются на море волны, открытым остался вопрос о том, почему они совершают колебательные движения вверх и вниз? Объяснение простое – непостоянство ветра. Он то стремительно и порывисто налетает, то стихает. Высота гребня, периодичность колебаний напрямую зависят от его силы и мощности. Если скорость перемещения и сила воздушных потоков превышают показатели нормы, поднимается шторм. Еще одна причина – возобновляемая энергия.
Возобновляемая энергия
Иногда на море полный штиль, а волны образуются. Почему? Океанографы и географы объясняют это явление возобновляемой энергией. Водные колебания являются ее источником и способы сохранять потенциал длительное время.
В жизни это выглядит примерно так. Ветер создает определенное количество колебаний в водоеме. Энергии этих колебаний хватит на несколько часов. За это время жидкие образования преодолевают расстояние в десятки километров и «швартуются» в районах, где солнечно, нет ветра, и водоем спокоен.
Стоячие
Стоячие или одиночные волны возникают вследствие толчков на океаническом дне, характерном для землетрясений, извержений вулканов, а также из-за резкого изменения атмосферного давления.
Это явление называется сейши, что переводится с французского языка как «раскачиваться». Сейши характерно для бухт, заливов и некоторых морей, представляет опасность для пляжей, сооружений в прибрежной полосе, пришвартованных у причала кораблей и людей, находящихся на борту.
Конструктивные и деструктивные
Образования, преодолевающие большие расстояния и при этом не меняющие форму и не утрачивающие энергию, ударяются об берег и разбиваются. При этом каждый накат по-разному влияет на прибрежную полосу. Если он намывает берег, то классифицируется как конструктивный.
Деструктивный накат воды обрушивается своей мощью на побережье, разрушая его, постепенно смывая песок и гальку с пляжной полосы. В этом случае природное явление классифицируется как деструктивное.
Деструкция бывает разной разрушительной силы. Иногда она настолько мощная, что обрушивает склоны, раскалывает утесы, разделяет скалы. Со временем даже самые твердые скалы разрушаются. Крупнейший маяк Америки построили на мысе Гаттерас в 1870 году. С тех пор море продвинулось почти на 430 метров в глубину побережья, смыв прибрежную полосу и пляжи. Это лишь один из десятков фактов.
Цунами
Цунами – разновидность деструктивных водных образований, характеризующихся большой разрушительной силой. Скорость их перемещения доходит до 1000 км/ч. Это выше, чем у реактивного самолета. На глубине высота гребня цунами небольшая, но возле берега они снижают скорость, зато наращивают высоту до 20 метров.
В 80% случаев цунами являются следствием подводных землетрясений, в оставшихся 20% — извержений вулканов и оползней. Вследствие землетрясений дно смещается по вертикали: одна его часть опускается, а вторая – параллельно поднимается. На поверхности водоема образуются колебания разной силы.
Аномальные убийцы
Они также известны как блуждающие, монстры, аномальные и больше характерны для океанов.
Еще 30-40 лет назад рассказы моряков об аномальных колебаниях воды считали небылицами, потому что в существовавшие научные теории и расчеты свидетельства очевидцев не укладывались. Высота 21 метр считалась предельной для океанических и морских колебаний.
Первые письменные упоминания о монстрах датированы 1826 годом. А в 1933 году корабль американских ВМС, попавший в затяжной шторм, столкнулся с гигантской волной. Экипаж чудом выжил – очевидцы подтвердили факт. Подобные случаи фиксировались и впоследствии.
1 января 1995 года, когда приборы, установленные на нефтяной платформе, впервые официально зафиксировали аномальный 25,6-метровый водный столп, ученые занялись исследованием явления. За последующие 3 недели исследования произошло еще 10 аналогичных явлений в разных уголках планеты.
Причины образования экстремальных волн до конца не изучены, существуют на уровне гипотез. Одна из теорий объясняет явление эффектами нелинейности, вследствие которых образуются небольшие группы волн и преодолевают большие расстояния, не меняя первоначальной структуры.
Проще говоря, под воздействием внутренних факторов образовалась 20-метровая водная глыба и отправилась за десятки километров, не меняя первоначальной формы. Но, опять же, это одна из теорий. Подтвержденного фактами объяснения пока нет, зато факт явления уже научно подтвержден и не оспаривается.
Источник