Внутренние волны: различия между версиями
[непроверенная версия] | [непроверенная версия] |
Нет описания правки |
Нет описания правки |
||
Строка 1: | Строка 1: | ||
Внутренние инерционно-гравитационные волны или '''внутренние волны''' |
Внутренние инерционно-гравитационные волны или '''внутренние волны''' — вид волновых движений в [[Стратификация вод|стратифицированной]] жидкости (газе), плотность которой растет с глубиной. Под стратификацией понимается разделение водной толщи водоёма на слои различной плотности. |
||
Для возникновения внутренних волн нужен перепад плотности. В жидкости небольшой перепад плотности может возникнуть из-за изменения температуры и [[солёность|солёности]] с глубиной. Поскольку эта разница не велика, то внутренние волны имеют малую скорость распространения. С другой стороны амплитуда внутренних волн может быть велика, поскольку для их возникновения не нужно большой энергии. Самые простой и наблюдаемый пример внутренних волн — внутренние волны в воде. |
Для возникновения внутренних волн нужен перепад плотности. В жидкости небольшой перепад плотности может возникнуть из-за изменения температуры и [[солёность|солёности]] с глубиной. Поскольку эта разница не велика, то внутренние волны имеют малую скорость распространения. С другой стороны амплитуда внутренних волн может быть велика, поскольку для их возникновения не нужно большой энергии. Самые простой и наблюдаемый пример внутренних волн — внутренние волны в воде. |
||
Строка 6: | Строка 6: | ||
Рассмотрим схематический вариант возникновения внутренней волны. Предположим для начала, что водный слой находится в положении равновесия и равнодействующая всех внешних сил равняется нулю. По некоторым причинам, определенный объем воды изменил своё положение по вертикали на <math>z</math>. Воду мы принимаем за несжимаемую среду (плотность постоянна), однако плотность окружающей среды изменилась на |
Рассмотрим схематический вариант возникновения внутренней волны. Предположим для начала, что водный слой находится в положении равновесия и равнодействующая всех внешних сил равняется нулю. По некоторым причинам, определенный объем воды изменил своё положение по вертикали на <math>z</math>. Воду мы принимаем за несжимаемую среду (плотность постоянна), однако плотность окружающей среды изменилась на |
||
<math>\Delta\rho=\frac{d\rho}{dh}z</math>, где <math>\frac{d\rho}{dh}</math> |
<math>\Delta\rho=\frac{d\rho}{dh}z</math>, где <math>\frac{d\rho}{dh}</math> — градиент плотности в данной точке. |
||
Уравнение движения сместившегося объема представляет собой уравнение гармонических колебаний с частотой |
Уравнение движения сместившегося объема представляет собой уравнение гармонических колебаний с частотой |
||
Строка 12: | Строка 12: | ||
<math>\omega=\sqrt{\frac{g}{\rho} \frac{d\rho}{dh}}</math>. |
<math>\omega=\sqrt{\frac{g}{\rho} \frac{d\rho}{dh}}</math>. |
||
В большинстве случаев вертикальный градиент плотности невелик, по этой причине внутренние волны имеют большую амплитуду в сравнении с поверхностными, а также у них большой период |
В большинстве случаев вертикальный градиент плотности невелик, по этой причине внутренние волны имеют большую амплитуду в сравнении с поверхностными, а также у них большой период — порядка 4 часов. Скорость внутренних волн меньше скорости поверхностных. |
||
Приняв во внимание малость градиента плотности, необходимо учесть изменение объема сместившейся жидкости за счет изменения давления, которое выражается поправкой в формуле для частоты <math>\omega</math>: |
Приняв во внимание малость градиента плотности, необходимо учесть изменение объема сместившейся жидкости за счет изменения давления, которое выражается поправкой в формуле для частоты <math>\omega</math>: |
Версия от 11:45, 11 января 2020
Внутренние инерционно-гравитационные волны или внутренние волны — вид волновых движений в стратифицированной жидкости (газе), плотность которой растет с глубиной. Под стратификацией понимается разделение водной толщи водоёма на слои различной плотности.
Для возникновения внутренних волн нужен перепад плотности. В жидкости небольшой перепад плотности может возникнуть из-за изменения температуры и солёности с глубиной. Поскольку эта разница не велика, то внутренние волны имеют малую скорость распространения. С другой стороны амплитуда внутренних волн может быть велика, поскольку для их возникновения не нужно большой энергии. Самые простой и наблюдаемый пример внутренних волн — внутренние волны в воде.
Физика внутренних волн
Рассмотрим схематический вариант возникновения внутренней волны. Предположим для начала, что водный слой находится в положении равновесия и равнодействующая всех внешних сил равняется нулю. По некоторым причинам, определенный объем воды изменил своё положение по вертикали на . Воду мы принимаем за несжимаемую среду (плотность постоянна), однако плотность окружающей среды изменилась на
, где — градиент плотности в данной точке.
Уравнение движения сместившегося объема представляет собой уравнение гармонических колебаний с частотой
.
В большинстве случаев вертикальный градиент плотности невелик, по этой причине внутренние волны имеют большую амплитуду в сравнении с поверхностными, а также у них большой период — порядка 4 часов. Скорость внутренних волн меньше скорости поверхностных.
Приняв во внимание малость градиента плотности, необходимо учесть изменение объема сместившейся жидкости за счет изменения давления, которое выражается поправкой в формуле для частоты :
Эта формула носит название частоты В.Вяйсяля и Д.Брента.
Связь с поверхностными волнами
Внутренние волны создают временные течения, в том числе на поверхности воды. Поэтому если поверхностные волны идут против этого течения, то они укорачиваются и поверхность воды в этом месте выглядит тёмной и шероховатой. Если же поверхностные волны идут вдоль течения, то они удлиняются и поверхность воды в этом месте выглядит гладкой. При этом уменьшения амплитуды поверхностных волн не происходит.
При смене направления ветра изменяется направление поверхностных волн, а на внутренние волны слабый ветер не оказывает влияния. Поэтому картина светлых и тёмных участков может быстро изменяться при изменении направления ветра.
Внутренние волны, подходя к поверхности, вызывают перераспределение поверхностно-активных веществ, которые в свою очередь влияют на коэффициент отражения электромагнитных, в том числе световых, волн, что и позволяет обнаруживать внутренние волны дистанционными способами, например, они видны из космоса.
Внутренние волны по сравнению с обычными поверхностными волнами обладают рядом удивительных свойств. Например, групповая скорость внутренних волн перпендикулярна фазовой, угол отражения внутренних волн от откоса не равен углу падения.
Литература
- Глинский Н. Т. Внутренние волны в океанах и морях / Отв. ред. Р. В. Озмидов.. — М.: Наука, 1973. — 128 с. — (Проблемы современной науки и технического прогресса). — 8 500 экз. (обл.)
- Судольский А.С. Динамические явления в водоёмах. // ЛЕНИНГРАД ГИДРОМЕТЕОИЗДАТ 1991. С. 37-47
- Лайтхилл Дж. Волны в жидкостях. // С. 347 - 502
Это заготовка статьи по физике. Помогите Википедии, дополнив её. |