Елементи хвиль
Класифікація морських хвиль.
План
Лекція №4. Тема. Морські хвилі
УДК: 656.62.052.4:551.5 (075) Кузнєцов Ю.М. к.т.н., доцент,
1. Класифікація морських хвиль.
2. Елементи хвиль.
3. Спостереження за хвилями.
Внаслідок впливу на води океанів і морів різних природних сил виникають коливальні та поступальні рухи частинок води.
Під морськими хвилями розуміють таку форму періодичного, безперервно змінного руху, у якому частки води роблять коливання біля свого положення рівноваги.
Морські хвилі класифікуються за різними ознаками:
За походженням виділяють такі види хвиль:
- вітрові, що утворюються під дією вітру,
- приливні, що виникають під дією тяжіння Місяця та Сонця,
- анемобаричні, що утворюються при відхиленні рівня поверхні моря від положення рівноваги, що відбувається під дією вітру та зміни атмосферного тиску,
- сейсмічні (цунамі), що виникають внаслідок підводних землетрусів та виверження підводних або прибережних вулканів,
- корабельні, що утворюються під час руху судна.
По силах, які прагнуть повернути частинку води в положення рівноваги:
- капілярні хвилі (брижі),
За дією сили після утворення хвилі:
- вільні (дія сили припинилася),
- Вимушені ( дія сили не припинилося.
За мінливістю елементів у часі:
- Встановлені (не змінюють своїх елементів),
- невстановлені, що розвиваються, загасають (змінюють свої елементи у часі).
За розташуванням у товщі води:
- Поверхневі, що виникають на поверхні моря,
- Внутрішні, що виникають на глибині.
За формою:
- двомірні, що являють собою наступні один за одним довгі паралельні вали,
- Тривимірні, що не утворюють паралельних валів. Довжина гребеня можна порівняти з довжиною хвилі (вітрове хвилювання),
- відокремлені (поодинокі), що мають тільки куполоподібний гребінь без підошви хвилі.
За співвідношенням довжини хвилі та глибини моря:
- короткі (довжина хвилі значно менша за глибину моря),
- Довгі (довжина хвилі значно більше глибини моря).
За переміщенням форми хвилі:
- поступальні, що характеризуються видимим переміщенням профілю хвилі Частки води рухаються круговими орбітами.
- стоячі (сейша), не переміщаються у просторі. Частинки води здійснюють рух лише у вертикальному напрямку. Сейші виникають тоді, коли рівень води піднімається біля одного краю водойми і одночасно опускається в іншого зазвичай після припинення вітру.
У невеликих басейнах (в гавані, бухті тощо) сейша може виникати при проходженні суден.
Найчастіше в морях і океанах судноводіям доводиться зустрічатися з вітровими хвилями, які викликають качку судна, заливність палуби, зменшують швидкість ходу, а при сильному штормі завдають ушкодження, що призводять до загибелі судна.
Вітрове хвилювання поділяється на три основні типи:
Ветрове - це хвилювання, яке утворюється вітром, що дме в даному місці в даний момент. При ослабленні або повному припиненні вітру хвилювання перетворюється на брижу.
Зиб - це хвилювання, що поширюється за інерцією у вигляді вільних хвиль після ослаблення або припинення вітру. Зиб, що розповсюджується при штилі, називається мертвим. Хвилі зиби зазвичай довші за вітрові,більш пологи і мають майже симетричну форму. Напрямок зиби може відрізнятиметься від напрямку вітру і нерідко зиб поширюється назустріч вітру або під прямим кутом до нього.
Прибій - це хвилі, що утворюються вітровими хвилями або бризкою поблизу берегів. Поширюючись із глибокої води відкритого моря у бік берега на мілководді, хвилі трансформуються. Тривимірні хвилі перетворюються на двомірні, що мають вигляд довгих гребенів, паралельних один одному, Їх висота, крутість і руйнівна сила збільшуються. Сила удару прибійної хвилі може досягати 90 т/м 2 . У зоні прибою виникають перекидні та перевертальні моменти, небезпечні для плавзасобів.
Тому плавання в мілководній прибережній зоні та висадка на берег тут дуже скрутна, небезпечна, а іноді й неможлива.
Попередженнями про підводні перешкоди можуть служити буруни.
Бурун – це явище, коли хвилі перекидаються та розбиваються над мілинами, банками, рифами та іншими підвищеннями дна.
Однією з різновидів хвиль єтовча - це зустріч хвиль із різних напрямів, у результаті вони втрачають певне напрям руху і є безладні стоячі хвилі.
Кожна хвиля характеризується певними елементами, такими як:
Гребінь хвилі – частина хвилі, розташована вище за спокійний рівень.
Вершина хвилі - найвища точка гребеня хвилі.
Ложбина хвилі – частина хвилі, розташована нижче за спокійний рівень.
 |
Мал. 1 Елементи хвиль
- Підошва - найнижча точка улоговини хвилі;
- висотаh - відстань по вертикалі від підошви до вершини хвилі;
- Довжинаλ -горизонтальна відстань між вершинами двох суміжних гребенів;
- крутість - відношення висоти хвилі до її довжини ();
- періодτ – проміжок часу, між проходженням двох суміжних вершин через ту саму фіксовану точку;
- фронт - лінія, що проходить вздовж гребеня цієї хвилі; лінія, перпендикулярна до фронту хвилі, називається хвильовим променем;
- швидкість поширенняc - відстань, що проходить певною точкою хвилі в одиницю часу;
- Напрямок поширення - Кут, що відраховується від норду в бік руху хвиль (або істинний румб, звідки рухаються хвилі).
На підставі гідродинамічної теорії хвиль отримані формули, що зв'язують окремі елементи хвиль на глибокій воді (коли глибина моря);
Висота хвилі вимірюється безпосередньо або визначається приблизно за допомогою спеціальної номограми.
Встановлено, що з глибиною хвилювання швидко затихає та поширюється до глибин, рівних довжині хвилі. Так, на глибині, що дорівнює половині довжини хвилі, висота хвилі менша, ніж на поверхні, в 23 рази, а на глибині, що дорівнює довжині хвилі в 535 разів.
У навігації слід враховувати, що великі хвилі виникають при дуже сильному вітрі постійного напрямку, що дме тривалий час
(більше доби), у значних за розмірами та глибинами басейнах, і що у прибережній зоні великий вплив на хвилеутворення, крім глибини, надає конфігурація берегової межі та напрямок вітру щодо берега (вітер з берега або з моря).