Что это такое это волны это вода оригинал

Что такое квадратные волны и почему они так опасны

На что обычно похожи волны? На линии, круги, зигзаги, иногда — на барашков. Однако природа не перестает удивлять — оказывается, в некоторых частях света можно наблюдать волны идеальной квадратной формы! Любопытные «Тонкости» решили узнать, из-за чего возникает это природное явление и почему его так сильно опасаются моряки.

Как возникают квадратные волны?

Если ветер гонит волны в одну сторону, а сильное морское течение — в другую, на море появляются ровные квадратные волны, напоминающие шахматную доску. Такое явление называют перекрестными волнами (cross-waves).

Красивые, но опасные

Море, покрытое перекрестными волнами, со стороны кажется спокойным и безмятежным. Но это спокойствие обманчиво: «квадраты» возникают на месте мощных подводных течений, а высота волн может достигать трех метров.

Поток воды способен переворачивать не только лодки, но и небольшие суда. Обычно при попадании в бурю моряки стараются поставить корабль носом к волне, но в случае с перекрестными волнами такой прием не работает, поскольку вода бьет сразу с двух сторон. В итоге судно сильно раскачивается и может даже перевернуться.

//Wikimedia Commons, Michel Griffon

5 мест, где можно увидеть квадратные волны

Увидеть перекрестные волны можно в Средиземном море в окрестностях Тель-Авива, иногда на Азорских островах. Но чаще всего — Ла-Рошель, что на острове Ре. Чтобы сделать уникальные фотографии, сюда ежегодно приезжают тысячи туристов.

У нас это явление изредка случается в Крыму. А еще необычнее квадратные волны, возникающие на Байкале, в районе поселка Бугульдейка. Это единственное место в мире, где можно увидеть «квадраты» из пресной, а не соленой воды.

Источник

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Вроде бы банальный вопрос, но есть некоторые интересные нюансы.

Волны возникают по разным причинам: из-за ветра, прохождения судна, падения в воду какого-либо предмета, притяжения Луны, землетрясения, извержения подводного вулкана или схода оползня. Но если от проходящего судна или падения предмета они вызываются вытеснением жидкости, притяжение Луны и Солнца способствует появлению приливных волн, а землетрясение может вызвать цунами, с ветром сложнее.

Вот как это происходит.

Здесь дело в движении воздуха — в нем существуют беспорядочные вихри, маленькие у поверхности и большие вдалеке. При прохождении их над водоемом давление уменьшается, и на его поверхности образуется выпуклость. Ветер начинает давить сильнее на ее наветренный склон, что приводит к разнице давлений, а из-за нее движение воздуха начинает «закачивать» энергию в волну. При этом скорость волны пропорциональна ее длине, то есть чем больше длина, тем больше скорость. Связаны между собой высота волны и ее длина. Поэтому, когда ветер разгоняет волну, скорость ее увеличивается, следовательно, увеличивается длина и высота. Правда, чем ближе скорость волны к скорости ветра, тем меньше энергии может ветер отдать волне. Если же их скорости равны, ветер вовсе не передает волне энергию.

Теперь разберемся, как вообще образуются волны. За их формирование отвечают два физических механизма: сила тяжести и сила поверхностного натяжения. Когда часть воды поднимается, сила тяжести старается вернуть ее обратно, а когда опускается, вытесняет соседние частицы, которые тоже пытаются вернуться обратно. Силе поверхностного натяжения все равно, в какую сторону прогнута поверхность жидкости, она действует в любом случае. В результате частицы воды колеблются подобно маятнику. От них «заражаются» соседние участки, и возникает поверхностная бегущая волна.

Энергия волн хорошо передается только в том направлении, в каком частицы могут свободно перемещаться. На поверхности это делать проще, чем на глубине. Все потому, что воздух не создает никаких ограничений, в то время как на глубине частицы воды находятся в весьма стесненных условиях. Причина — плохая сжимаемость. Из-за нее волны могут перемещаться на большие расстояния по поверхности, но очень быстро затухают вглубь.

Важно, что во время волны частицы жидкости почти не двигаются. На большой глубине траектория их движения имеет форму окружности, на малой — вытянутого горизонтального эллипса. Благодаря этому корабли в гавани, птицы или кусочки дерева качаются на волнах, фактически не перемещаясь по поверхности.

Особый вид поверхностных волн составляют так называемые волны-убийцы — гигантские одиночные волны. Почему они возникают, так до сих пор и неизвестно. Они редко встречаются в природе, и их нельзя смоделировать в лабораторных условиях. Тем не менее большинство ученых считает, что волны-убийцы образуются из-за резкого уменьшения давления над поверхностью моря или океана. Но более тщательное их изучение впереди.

Источник

Волны

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.

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.

Содержание

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.

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.

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 — 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.

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»

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.

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.

Источник

Что такое квадратные волны и почему они так опасны

Квадратные волны часто становятся причиной кораблекрушений и губят даже опытных пловцов

Квадратными, или перекрёстными волнами называют морские волны, которые пересекаются друг с другом под прямым углом, образуя на поверхности воды узор, как на шахматной доске. Это редкое природное явление не только красиво, но и чрезвычайно опасно. Есть несколько причин, по которым они появляются. Чаще всего это происходит, когда ветер гонит волны в одном направлении, а морское течение — в другом.

Также это явление может быть вызвано наложением волн от разных штормов друг на друга. Наконец, ещё одна возможная причина — сдвиг ветра: смена направления воздушного потока задаёт новое направление волнам и они пересекаются с уже сформированными. По мнению учёных, квадратные волны являются визуализацией уравнения Кадомцева–Петвиашвили: формула описывает нелинейное волновое движение и часто используется для объяснения взаимодействия погодных систем друг с другом.

Квадратные волны чаще всего встречаются на мелководье вдоль прибрежных районов: на пляжах Азорских островов, на побережье Тель-Авива. Вообще это довольно редкое явление, однако есть одно место на западном побережье Франции, где перекрёстные волны образуются с удивительной регулярностью — это остров Ре, береговая линия и климатические особенности которого идеально подходит для их формирования.

Источник

9 лучших примеров продольных волн в повседневной жизни

В физике волны относятся к возмущениям в среде, несущей энергию без общего движения частиц. Двумя наиболее распространенными типами волн являются электромагнитные и механические волны. Оба передают информацию, энергию и импульс, но не передают частицы в среде.

Что такое продольные волны?

В продольной волне частицы движутся в среде в том же измерении, что и направление движения волны. Другими словами, смещение частицы параллельно направлению движения волны.

Рисунок 1

При прохождении через среду эти волны создают сжатие и разрежение.

Как вы можете видеть на рис.1, сжатие перемещается слева направо, и энергия передается в том же направлении. Однако ни одна частица не переносится вдоль продольной волны. Вместо этого все они движутся вперед и назад между сжатием, когда волна проходит через среду.

Расстояние между центрами двух последовательных областей (между сжатиями или разрежениями) определяет длину волны продольной волны. Она может производиться в любой среде, включая твердую, жидкую и газовую среду.

Чтобы лучше объяснить это явление, мы перечислили некоторые из лучших примеров продольных волн, которые люди видят в своей повседневной жизни.

9. Вибрационный камертон

Форма: Звуковые волны

Камертон наглядно иллюстрирует, как вибрирующий объект может генерировать звук. Он содержит рукоятку и два зубца, изготовленные из эластичного металла (обычно из стали). Когда вы ударяете по камертону резиновым молотком, его зубцы начинают вибрировать, вызывая возмущения соседних молекул воздуха.

Когда зубец вытягивается наружу из своего нормального положения, окружающий воздух сжимается, создавая область высокого давления (сжатие) рядом с зубцом. Когда зубец затем перемещается внутрь, он расширяет окружающие молекулы воздуха в большую область пространства, которая создает область низкого давления (разрежение) рядом с зубцом.

Пока зубцы вибрируют, они создают чередующийся рисунок областей высокого и низкого давления. Эти области проходят через соседние молекулы воздуха, перенося звуковые сигналы из одного места в другое.

8. Ультразвуковое исследование (Сонография)

Сонограмма плода в утробе матери | Викимедиа

Форма: высокочастотные звуковые волны

Сонография использует ультразвуковые волны для создания изображений внутренних частей тела, таких как кровеносные сосуды, мышцы, суставы, сухожилия и внутренние органы. Эти сонограммы (также называемые ультразвуковыми изображениями) формируются путем передачи ультразвуковых импульсов в ткани с помощью зонда. Импульсы отражаются от тканей с отчетливыми характеристиками отражения и обрабатываются и преобразуются в цифровое изображение.

В отличие от других методов медицинской визуализации, ультразвук дает изображения в реальном времени. Инструменты портативные, менее дорогие и не используют вредное ионизирующее излучение. Тем не менее они обладают ограниченным полем зрения и требуют квалифицированного оператора.

7. Дрожание окон при приближении грома

Форма: звуковые волны

Во время грозы разряды молнии производят мощные и быстрые волны давления, которые распространяются на очень большие расстояния. Когда эти волны достигают вашего дома, они заставляют оконные стекла вибрировать таким же образом, как наша барабанная перепонка вибрирует в ответ на звуковые волны.

В зависимости от характеристик офиса/дома и его окон (таких, как уровень изоляции, структура оконных рам и толщина стекла) вибрирующие оконные стекла могут создавать свой собственный характерный шум. В большинстве случаев это похоже на дребезжание или жужжание.

6. Цунами

Форма: волны на воде (или поверхностные волны)

В отличие от типичных океанских волн, волны цунами возникают, когда вода движется под действием силы тяжести и излучается через океан, как рябь на пруду. В то время как нормальные волны связаны только с движением верхних слоев воды, цунами включает движение всей колонны от морского дна к поверхности.

Когда волны движутся по воде, частицы движутся по кругу. Радиус этих кругов уменьшается по мере увеличения глубины погружения в воду. Это означает, что на большей глубине волны воды действуют как продольные волны. А вблизи поверхности волны воды ведут себя как поперечные волны

5. Неразрушающий контроль

Форма: высокочастотные звуковые волны

Одной из часто используемых методик является ультразвуковой контроль, основанный на распространении ультразвуковых волн в исследуемом материале или объекте. Очень короткие ультразвуковые импульсы с частотой от 0,1 до 50 МГц передаются на компоненты для обнаружения внутренних дефектов или свойств материала.

Поскольку ультразвуковые волны обладают высокой чувствительностью и высокой проникающей способностью, они позволяют обнаруживать чрезвычайно мелкие дефекты, скрытые глубоко в деталях. Этот метод дает немедленные результаты, поэтому инженеры могут принимать точечные решения. Он в основном используется на металлических сплавах и бетоне.

4. Традиционный сабвуфер

Форма: низкочастотные звуки

Сабвуферы предназначены для воспроизведения звуковых частот низкого тона в диапазоне от 20 до 200 Гц для потребительских товаров и менее 100 Гц для профессиональных аудиосистем для живых выступлений. Они никогда не используются в одиночку; вместо этого они расширяют низкочастотный диапазон динамиков, перекрывая более высокие диапазоны частот.

При воспроизведении песни вы можете увидеть небольшие движения в диффузоре НЧ-динамика. На самом деле он движется внутрь и наружу, и если вы попытаетесь закрыть его выход, вы почувствуете давление воздуха на вашей руке. Это происходит потому, что вуферы производят продольные волны, перемещая частицы воздуха внутрь и наружу.

3. Сейсмические волны

Сейсмические волны (желтые стрелки) могут проникать через мантию и ядро

Форма: Сейсмические волны

Сейсмические волны проходят через слои Земли. Они возникают в результате извержений вулканов, землетрясений, крупных оползней, магматических движений и крупных антропогенных взрывов. Существует два типа сейсмических волн, которые проходят через недра Земли: Первичные (Р) и вторичные (S) волны.

Первичные волны (также называемые волнами давления) имеют продольную природу. Они движутся быстрее, чем другие волны (до 8 км/с в мантии и ядре Земли и 6 км/с в земной коре), и поэтому являются первыми сигналами, обнаруженными сейсмографами.

P-волны могут проходить через твердые породы и жидкости (жидкие слои) Земли по особой схеме. Некоторые животные могут слышать P-волны, возникающие в результате землетрясения. Например, кошки и собаки начинают вести себя странно за несколько минут до землетрясения. Напротив, люди могут ощущать только удары и грохот этих волн.

2. Звуковое оружие

Дальнобойное акустическое устройство на американском корабле «Блю Ридж»

Форма: мощные звуковые волны

1. Акустическая микроскопия

Сканирующий акустический микроскоп

Форма: ультравысокочастотный ультразвук

Акустические микроскопы могут проникать в большинство твердых материалов, обнаруживая их внутренние особенности, такие как трещины, пустоты и расслоения. Они работают в диапазоне частот от 10 МГц до 500 МГц.

Сканирующие акустические микроскопы, например, часто используются в биологических и медицинских исследованиях. Они дают данные об эластичности тканей и клеток, что дает бесценную информацию о физических силах, удерживающих структуры в определенных положениях, и механике таких структур, как цитоскелет.

За последнее десятилетие было продемонстрировано несколько акустических микроскопов, основанных на пикосекундных ультразвуковых системах, работающих на частотах ГГц. Они все чаще применяются на наноструктурах, квантовых ямах, а также в одной биологической клетке для зондирования ее механических свойств.

Источник