Волны придают океану ритм. Они транспортируют энергию на огромные расстояния. Там, где они выходят на сушу, волны помогают лепить уникальную и динамичную мозаику прибрежных местообитаний. Они передают водянистый пульс на приливные зоны и обрезают обратно прибрежные песчаные дюны, как они ползут к морю. Там, где берега скалистые, волны и приливы могут со временем разрушать береговую линию, оставляя драматические морские скалы . Таким образом, понимание океанских волн является важной частью понимания прибрежных сред обитания, на которые они влияют. В целом, существует три типа океанских волн: ветровые волны, приливные волны и цунами.
Математические свойства волн
Физические волны, или механические волны, образуются через вибрацию среды, будь то веревка, земная кора или частицы газов и жидкостей. Волны обладают математическими свойствами, которые могут быть проанализированы для понимания движения волны. Эта статья представляет эти общие волновые свойства, а не то, как их применять в конкретных ситуациях в физике.
Поперечные и продольные волны
Существует два типа механических волн.
А такова, что смещения среды перпендикулярны (поперечны) направлению движения волны вдоль среды. Вибрация струны в периодическом движении, поэтому волны движутся вдоль нее, является поперечной волной, как и волны в океане.
Продольная волна такова, что смещения среды идут туда-сюда по тому же направлению, что и сама волна. Звуковые волны, в которых частицы воздуха толкаются в направлении движения, являются примером продольной волны
Что вызывает волны?
Волны можно рассматривать как нарушение среды вокруг равновесного состояния, которое обычно находится в состоянии покоя. Энергия этого возмущения и есть то, что вызывает волновое движение. Бассейн воды находится в равновесии, когда нет волн, но как только в него бросается камень, равновесие частиц нарушается и начинается волновое движение.
Волны транспортируют энергию. Сама среда не перемещается; отдельные частицы перемещаются назад или вверх-вниз вокруг равновесного положения.
Ветроэнергетические волны
Ветер управляемые волны - это волны, которые образуются при прохождении ветра над поверхностью открытой воды. Энергия ветра передается в верхние слои воды через трение и давление. Эти силы создают помехи, которые переносятся через морскую воду. Следует отметить, что движется волна, а не сама вода (по большей части). Кроме того, поведение волн в воде придерживается тех же принципов, которые регулируют поведение других волн, таких как звуковые волны в воздухе.
Приливные волны
Приливные волны являются самыми крупными океаническими волнами на нашей планете. Приливные волны формируются под действием гравитационных сил Земли, Солнца и Луны. Гравитационные силы солнца и (в большей степени) притяжение Луны к океанам вызывают набухание океанов по обе стороны Земли (наиболее близкая к Луне и наиболее удаленная от Луны сторона). По мере вращения Земли приливы и отливы уходят "внутрь" и "наружу" (земля движется, но выпуклость воды остается на одной линии с Луной, создавая впечатление, что приливы и отливы движутся, когда она, по сути, является движущейся землей).
Свойства волновой функции
скорость волны(v) - скорость распространения волны
амплитуда( A) - максимальная величина смещения от равновесия, в единицах СИ метров. В общем, это расстояние от равновесной средней точки волны до ее максимального смещения, или половина от полного смещения волны.
период(T) - время для одного волнового цикла (два импульса, или от гребня до гребня или от впадины до впадины), в единицах SI секунд (хотя его можно назвать "секундами за цикл").
частота(f) - количество циклов в единицу времени. Единицами SI частоты являются герц (Гц) и
1 Гц = 1 цикл/s = 1 с-1 секунда
угловая частота (ω) - это частота, умноженная на частоту в единицах СИ излучений в секунду.
длина волны (λ) - расстояние между любыми двумя точками в соответствующих положениях при последовательных повторах в волне, так (например) от одной гребня или впадины до другой, в единицах СИ метров.
число волн (k) - также называемое константой распространения, эта полезная величина определяется как 2 π деленная на длину волны, поэтому единицами СИ являются излучения на метр.
импульс - одна половина длины волны, от равновесного обратного направления.
Цунами
Цунами - это крупные, мощные океанические волны, вызываемые геологическими возмущениями (землетрясениями, оползнями, извержениями вулканов), которые, как правило, являются очень крупными волнами.
Когда волны встречаются
Теперь, когда мы определили некоторые типы океанских волн, мы рассмотрим, как они ведут себя при столкновении с другими волнами (это становится сложным делом, поэтому вы можете обратиться к источникам, перечисленным в конце этой статьи, за дополнительной информацией). Когда океанические волны (или, что важно, любые волны, такие как звуковые волны) встречаются друг с другом, применяются следующие принципы:
Суперпозиция: Когда волны, перемещающиеся через одну и ту же среду одновременно, проходят друг через друга, они не мешают друг другу. В любой момент времени и пространства чистое смещение, наблюдаемое в среде (в случае океанических волн средой является морская вода), представляет собой сумму индивидуальных смещений волн.
Разрушительные помехи: Разрушительные помехи возникают, когда две волны сталкиваются и гребень одной волны совмещается с впадиной другой волны. В результате волны нивелируют друг друга.
Конструктивные помехи: Конструктивные помехи возникают, когда две волны сталкиваются и гребень одной волны совмещается с гребнем другой волны. В результате волны складываются друг с другом.
Где земля вписывается в море: Когда волны встречаются с берегом, они отражаются, что означает, что волна отталкивается назад или сопротивляется берегу (или любой твердой поверхности) таким образом, что движение волны отталкивается назад в другом направлении. Кроме того, когда волны встречаются на берегу, они преломляются. По мере приближения волны к берегу она испытывает трение при движении по морскому дну. Эта сила трения изгибает (или преломляет) волну по-разному в зависимости от характеристик морского дна.
