Элементы волны

Каждая волна, поступательная или стоячая, характеризуется определенными элементами (рис.19). Общими элементами для обоих типов волн являются.

Волновой профиль - кривая, получаемая в результате сечения взволнованной поверхности моря вертикальной плоскостью в заданном направлении (обычно в направлении распространения волн).

Средний волновой уровень - линия, пересекающая волновой профиль так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы.

Гребень волны - часть волны, расположенная выше среднего волнового уровня.

Вершина волны - наивысшая точка гребня волны.

Ложбина волны - часть волны, расположенная ниже среднего волнового уровня.

Подошва волны - наинизшая точка ложбины волны.

Высота волны h - превышение высоты волны под соседней подошвой на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн. Высота волны равно удвоенной амплитуде или удвоенному радиусу орбиты поступательной волны при круговых орбитах (h = 2r).

Длина волны λ - горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн.

Крутизна волны - отношение высоты данной волны к ее длине. Крутизна волны в различных точках волнового профиля различна. Для практики значение имеет наибольший наклон, который приближенно равен отношению высоты волны к ее полудлине h /λ/2.

Рис. 19. Кривая волновых колебаний поверхности воды

Для удобства характеристики крутизны волны пользуются отношением высоты к длине (h /λ), которое и называют средней крутизной волны.

Перечисленные элементы определяют геометрические характеристикиволны. Для поступательной волны необходимо добавить еще три элемента

Направление распространения волн, отсчитываемое от норда в сторону их движения.

Фронт волны - линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня данной волны, которые определяется по множеству волновых профилей, проведенных параллельно генеральному направлению распространения волн.

Длина гребня волны - протяженность гребня волны в направлении ее фронта.

Кроме элементов, определяющих геометрические характеристики волны, выделяют кинематические элементы. К ним относятся:

Период волны τ - интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль. Период волны можно определить и как время обращения частицы по ее орбите.

Для стоячей волны период определяется промежутком времени, за который совершается полное колебание уровня, так как частицы воды в этом случае не совершают движения по круговым орбитам.

Скорость распространения, или фазовая скорость с_f - скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения, определяемая за короткий интервал времени порядка периода волны. Понятие скорости относится только к поступательной волне.

Кроме фазовой скорости, применяются понятия угловой скорости вращения частиц по орбитам ω и линейной скорости орбитального движения частиц ν.

Между элементами волны существуют следующие соотношения:

ν=ωr h=2r ω= λ=2πr

где r - радиус орбиты частицы.

Указанные элементы волн относятся к правильной двумерной волне. Реальные ветровые волны трехмерные. Запись реальной трехмерной волны по наблюдениям в точке представлена на рис. 20.

Рис. 20. Схема трехмерной волны

Как видно на рисунке, реальная волна весьма далека от двухмерной волны (типа зыби). Поэтому в теории волн приходится вводить дополнительные термины.