Техника - молодёжи 1952-12, страница 11

Кандидат технических наук Н. В. ВЕРШИНСКИЙ

Волны на поверхности воды относятся к числу физических явлений, с которыми мы встречаемся очень часто. Изучение волн на поверхности моря и особенно в толще воды и у дна имеет большое значение.

Физические явления, протекающие в различных водоемах, так же разнообразны по своей природе, как и физические процессы на суше. Физика моря как самостоятельная научная дисциплина впервые создана в Советском Союзе трудами академика В. В. Шулейкина.

Познакомимся с внутренним механизмом морских волн. Волны на поверхности моря относятся к классу механических колебательных движений. Следует отметить, что в жидкой среде возможны два вида различных механических колебательных движений: упругие и гравитационные колебания. К числу упругих колебаний в жидкостях относятся инфразвуковые, звуковые и ультразвуковые колебания.

Эти разновидности упругих колебаний передаются через толщу воды на большие расстояния посредством периодических волн сжатия и разжатия, которые мы не можем видеть глазом.

Волны, которые мы видим на поверхности жидкости, называются гравитационными. Основную роль в их образовании имеет сила тяжести. Направление колебаний гравитационных волн перпендикулярно к направлению их распространения. Однако внутренний механизм морских волн не имеет ничего общего с поперечными колебаниями. Отдельные частицы в морской волне совершают круговые, или, точнее, спиральные, движения. Частицы жидкости вращаются в. направлении распространения волны вокруг некоторых воображаемых неподвижных точек, называемых центрами волновых орбит. Один полный оборот каждой частицы соответствует периоду волны.

Волновая поверхность образована линией, соединяющей бесконечное количество вращающихся радиусов — векторов. В геометрии подобная кривая называется трохоидой.

Громадную роль играют волны в процессах, происходящих на морских берегах. Благодаря большому количеству свободной энергии, выделяющейся из распадающихся при ударе о берег морских волн, могут происходить интенсивные процессы разрушения и размыва. Особенно больших значений волновые давления достигают при взаимодействии волн с твердой стенкой, когда имеется характер короткого удара. В случае океанских волн нагрузка может достигнуть грандиозной цифры - в 70 т на 1 кв. м! Очевидный результат работы морских волн в виде гладко отшлифованных морских камешков, или гальки, видели многие. Наличие толстого слоя гальки, принимающей на себя удары морских волн, служит естественной защитой берегов против ярости морских волн.

Исследования советских ученых показывают, что под действием прибойных волн галька непрерывно движется вдоль берега. Если направление приходящих волн таково, что они угоняют гальку преимущественно в одну сторону, то здесь будет образовываться залив или бухта.

Наоборот, если на данный участок берега поступает больше материала, чем уносится волнами, то здесь появится и будет расти отмель.

Поэтому при возведении в береговой зоне различных построек и сооружений очень важно обеспечить условия, чтобы естественный поток наносов вдоль берега не нарушался.

Динамика и морфология морских берегов как наука, изучающая динамические процессы на берегах, впервые появилась в Советском Союзе.

Опытные моряки с древних времен в появлении зыби видят один из признаков приближения шторма.

В настоящее время установлено, что от отдаленного района, где разразился шторм, во все стороны по морю распространяются с большой скоростью особые волны, называемые предшественниками зыби. Для того чтобы своевременно предсказать приближение шторма, необходимо иметь высокочувствительные приемные приборы, которые могли бы регистрировать имеющееся в данный момент волнение. Но такой приемник, наряду с длиннопериодной зыбью с малой амплитудой, являющейся первым вестником приближающейся бури, неизбежно запишет и другие волны, вызванные местными причинами, которые будут затушевывать интересующую нас зыбь. Чтобы убавить действие местных волн, приемник опускается достаточно глубоко от поверхности моря. В этом случае появляется своеобразная гидродинамическая фильтрация, основанная на том, что короткие волны местного происхождения с глубиной затухают гораздо быстрее, чем длинные волны, к которым относятся предшественники зыби.

В качестве приемников предвестников шторма применяются специальные приборы. Наиболее широко применяются приборы, воспринимающие изменения волнового давления. Они являются близкими родственниками микрофонов давления, распространенных в электроакустике.

Советская наука широко изучает физику моря. Этим занимаются специальные научные станции, лаборатории.

На обложке нашего журнала художник изобразил гипотетический вид будущей лаборатории для изучения морских волн. Бе кабина подвешена в открытом море на тросах, натянутых между далеко расставленными мачтами.

9