Bølgeelementer. Sjøbølger Ved påvirkning av kraft etter dannelsen av en bølge

Bølger

periodiske svingninger av overflaten av havet eller havet forårsaket av frem og tilbake eller sirkulære bevegelser av vann. Avhengig av årsakene som forårsaker bevegelsen, vindbølger, flodbølger ( tidevann Og lavvann), trykk (seiches) og seismikk ( flodbølge). Bølgene er preget høyde, lik den vertikale avstanden mellom toppen og bunnen av bølgen, lengde– horisontal avstand mellom to tilstøtende rygger, spredningshastighet Og periode. For vindbølger varer det ca. 30 s, for trykk og seismikk - fra flere minutter til flere timer, for tidevann måles det i timer.

Mest vanlig i reservoarer vind bølger. De dannes og utvikles takket være vindenergi overført til vann på grunn av friksjon og av trykket fra luftstrømmen i bakkene til bølgetoppene. De eksisterer alltid i det åpne hav og kan ha et bredt utvalg av størrelser, og når lengder. opp til 400 m, høyde 12–13 m og forplantningshastighet 14–15 m/s. Maks. registrert høyt vindbølger er 25–26 m, og høyere bølger er mulig. I det innledende utviklingsstadiet løper vindbølger i parallelle rader, som deretter brytes opp i separate topper. På dypt vann bestemmes størrelsen og naturen til bølgene av vindens hastighet, varigheten av dens virkning og avstanden fra lerommet; grunne dybder begrenser bølgeveksten. Hvis vinden som forårsaket forstyrrelsen avtar, så går vindbølgene over i den såkalte. hovne opp. Det observeres ofte samtidig med vindbølger, men ikke alltid sammenfallende med dem i retning og høyde.

I surfesonen, såkalt surfe beats– periodiske stigninger i vannstanden når en gruppe høye bølger nærmer seg. Høy stigningen kan være fra 10 cm til 2 m, sjelden opptil 2,5 m. Seicher observeres vanligvis i begrensede vannmasser (hav, bukter, sund, innsjøer) og er stående bølger, oftest forårsaket av en rask endring i atmosfæren . trykk, sjeldnere av andre årsaker (plutselig tilstrømning av flomvann, kraftig regn, etc.). Når de er forårsaket, fører deformasjonen av vannstanden til gradvis dempet svingninger i den. Samtidig forblir vannstanden på noen punkter konstant - dette er den såkalte. stående bølgenoder. Høy Slike bølger er ubetydelige - vanligvis noen få titalls centimeter, sjelden opp til 1–2 m.

Geografi. Moderne illustrert leksikon. - M.: Rosman. Redigert av prof. A.P. Gorkina. 2006 .

Se hva "havbølger" er i andre ordbøker:

Forstyrrelser av overflaten av havet eller havet forårsaket av vind, tidevannskrefter fra Månen, Solen, jordskjelv under vann, etc. De er delt inn i vind, tidevann, gravitasjon (tsunamier), etc. Bølger på overflaten av vannmiljøet eksisterer ... ... Marine ordbok

Bølger på overflaten av havet eller havet. På grunn av deres høye mobilitet forlater vannpartikler, under påvirkning av ulike typer krefter, lett likevektstilstanden og utfører oscillerende bevegelser. Årsakene til at bølger dukker opp er... ...

BØLGER havet- vibrasjoner av vannpartikler rundt likevektsposisjonen, sprer seg ut i havet. De er forårsaket av vind, tidevannskrefter, endringer i atmosfærisk trykk, jordskjelv, bevegelse av faste legemer i vann, etc. Hovedelementene i bølgebevegelse... ... Marin encyklopedisk oppslagsbok

Bølger som oppstår og forplanter seg langs den frie overflaten av en væske eller ved grenseflaten mellom to ublandbare væsker. V. på p.zh. dannes under påvirkning av ytre påvirkninger, som et resultat av at overflaten av væsken ... ... Stor sovjetisk leksikon

Forstyrrelser som forplanter seg med begrenset hastighet i rommet og bærer med seg energi uten å overføre materie. De vanligste er elastiske bølger (sjø, lyd osv.). Elektromagnetiske bølger eksiteres av atomer, molekyler,... ... Marine Dictionary

Sea Waves Sjanger dokumentar Regissør (((Regissør))) Edison Film Company ... Wikipedia

BØLGER- Å se bølger i en drøm betyr hindringer i virksomhet, innsats og kamp for suksess. Hvis bølgene er klare, betyr det at du vil få ny kunnskap som vil hjelpe deg å ta bedre avgjørelser i livet. Skitne bølger varsler en feil full av uopprettelig... ... Melnikovs drømmetydning

Den sotede ternen (Onychoprion fuscata) kan holde seg i luften i 3-10 år, bare av og til lander på vannet... Wikipedia

Fotografi av en stor bølge som nærmer seg et handelsskip. Omtrent 1940-tallet Killer Waves (Rogue waves, monster waves, white wave, engelsk rogue wave i ... Wikipedia

Denne siden er en ordliste. # A... Wikipedia

Bøker

Sjøhistorier, Guseva Galina. Havets romantikk har alltid tiltrukket folk. Så mye er skjult i det evige vannelementet, så du vil erobre bølgene en etter en. En unik dagbok for en ivrig elsker av yachtreiser -...

Forstyrrelsen er ledsaget av bevegelse av vannmasser. Bevegelsen av vannpartikler under bølger skjer i åpne baner og er en tilfeldig, uordnet prosess som er vanskelig å beskrive teoretisk og avhenger av mange faktorer.

Hovedelementene i havvindbølger er som følger: høyde h - vertikal avstand fra bølgebunnen til toppen; lengde X - horisontal avstand mellom to påfølgende rygger eller fordypninger; periode T, er tidsintervallet mellom passering av toppene av to påfølgende bølger gjennom en fast vertikal.

Høyden på havvindbølger avtar når de beveger seg fra overflaten til havbunnen. I følge den klassiske trochoidale teorien om bølger avtar deres høyde med dybden i henhold til den eksponentielle loven

h 2 = he -2r/ ^ (3.1)

hvor z er dybden fra havoverflaten; h z og h er høyden av bølger på henholdsvis dyp z og på havoverflaten.

Dempningen av bølger med dybde skjer faktisk noe raskere enn det følger av den klassiske bølgeteorien. Resultatene fra feltstudier viser at nedgangen i høyden på overflatebølger med dybde for vannlevende

thorium, hvis dybde er 2 ganger eller mer større enn bølgelengden, er mer korrekt estimert av uttrykket

h z = he -5,5(z/X)0,8. (3.2)

For tekniske beregninger er slike avklaringer imidlertid ikke vesentlige. I de angitte vannområdene kan bølgehøyden h z i dybden z tilnærmet beregnes ut fra en enkel regel: hvis dybden øker i en aritmetisk progresjon, så synker bølgehøyden i en geometrisk progresjon (tabell 3.1).

Vindbølger er delt inn i tvungne bølger, som oppstår og er under påvirkning av vindtrykk, og frie bølger, som oppstår etter at vinden stopper eller går utover sonen for dens handling. Frie bølger kalles også svellebølger. Resultatene av tallrike observasjoner av bølger under naturlige forhold viser at for dypvannsområder, hvor bunnen ikke påvirker formen og størrelsen på vindbølger, kan vi anta at X « 20h for vindbølger og X « 30h for dønningsbølger ( Tabell 3.2). Hindringer som oppstår langs bølgebanen er utsatt for hydrodynamiske belastninger. I følge moderne konsepter for hydrodynamikk er hovedkomponentene i den totale kraften av bølgetrykk på ethvert sylindrisk hinder dragkraften, treghetskraften og kraften til vannvirkningen på hindringen.

Drakraften er proporsjonal med kvadratet av den lineære hastigheten for banebevegelse. Dens maksimale verdi oppnås når toppen av bølgetoppen passerer ved monostøtten. Drakraften skyldes det faktum at på overflaten av en hindring, når en viskøs væske strømmer rundt den, vises et grenselag av en virvelstruktur, og under visse forhold brytes periodisk av. Energi,

Tabell 3.1

Reduksjon i bølgehøyde med havdybde (i relative enheter)

Tabell 3.2

Skalaer for graden av vindbølger (teller) og dønning (nevner)

< 0, 25 - 0,75

Moderat

brukt på dannelsen av virvler og å overvinne friksjonen av vann mot en hindring skaper en motstandskraft.

Treghetskraften forklares ved at hindringen under bølgeforhold flyter rundt en vannstrøm med varierende hastighet. En endring i hastigheten på vannbevegelsen over tid skaper en kraft, hvis størrelse er direkte proporsjonal med akselerasjonen av strømmen. Den maksimale verdien av denne kraften oppnås i bølgeseksjonen, hvis posisjon omtrent tilsvarer det uforstyrrede havnivået. Med hensyn til dragkraften har således treghetskraften en faseforskyvning lik r/2.

Kraften av støtet er forårsaket av et plutselig tap av strømningshastighet og er ledsaget av et sprut. Denne kraften er proporsjonal med kvadratet

hastigheten på strømningshastigheten. Dens maksimale verdi oppnås i fase med maksimal dragkraft.

Rollen til individuelle komponenter i den totale kraften for bølger og hindringer av ulike parametere er forskjellig. For relativt små bølger som ikke er ledsaget av et utbrudd, spiller treghetskomponenten den største rollen. For store bratte bølger, spesielt ved sprut, spiller kreftene ved drag og slag en stor rolle.

Et av de viktige kriteriene for å bestemme bølgetrykkkrefter er den relative dybdeparameteren - forholdet mellom dybden av vannområdet H og bølgelengden X. Hvis H/ X > 0,5, så regnes vannområdet som dypvann og det er antatt at havbunnen ikke har nevneverdig effekt på strømningsprosessen rundt hindringen.

Fra bordet 3.1 er det tydelig at allerede ved 2/X = 5/9 er bølgehøyden bare ca. 3 % av overflaten en. Åpenbart, på en dybde hvor bølgehøydene er små, er bølgetrykket på hindringene også lite. Dette bestemmer uavhengigheten av verdiene til det resulterende bølgetrykket på hindringen fra dybden av vannområdet hvis H/X > 0,5.

Den stabile karakteren av forholdet mellom bølgeelementene X og h (se tabell 3.2) gjør at vi kan gå fra H/X-parameteren til H/h-parameteren, som er mer praktisk for beregninger i praksis. Så kan vi konkludere med at når man bestemmer kraften til bølgetrykket, kan bunnens innflytelse på naturen til bølgene som strømmer rundt en hindring ignoreres hvis H/h > 10.

På grunt vann og i surfesonen henger økningen i bølgelengde etter økningen i høyden. Bølgenes flathet avtar her og når verdien X/h = 8+12. Derfor kan påvirkningen av bunnen på strømningsprosessen rundt en hindring på grunt vann ignoreres ved lavere verdier av parameteren H/h.

Klassifisering av havbølger.

Plan

Forelesning nr. 4. Tema. Bølger

UDC: 656.62.052.4:551.5 (075) Kuznetsov Yu.M. Ph.D., førsteamanuensis,

Institutt for navigasjon

1. Klassifisering av havbølger.

2. Elementer av bølger.

3. Se på bølgene.

Som et resultat av påvirkningen fra ulike naturkrefter på vannet i hav og hav, oppstår oscillerende og translasjonsbevegelser av vannpartikler.

Havbølger betyr en form for periodisk, kontinuerlig skiftende bevegelse der vannpartikler oscillerer rundt sin likevektsposisjon.

Sjøbølger er klassifisert etter ulike kriterier:

Etter opprinnelse Følgende typer bølger skilles ut:

Vind, dannet under påvirkning av vind,

Tidevannsbølger, som oppstår under påvirkning av tiltrekningen av månen og solen,

Anemobarisk, dannet når havoverflatenivået avviker fra likevektsposisjonen, skjer under påvirkning av vind og endringer i atmosfærisk trykk,

Seismikk (tsunamier) som følge av jordskjelv under vann og utbrudd av undervanns- eller kystvulkaner,

Skipsskade, dannet under bevegelsen av fartøyet.

I henhold til kreftene som har en tendens til å returnere vannpartikkelen til likevektsposisjonen:

Kapillærbølger (krusninger),

Gravitasjon.

I henhold til kraftvirkningen etter dannelsen av en bølge:

Gratis (styrken har opphørt),

Tvunget (kraftens handling har ikke stoppet.

I henhold til variasjonen av elementer over tid:

Stabil (ikke endre elementene deres),

Ustø, utviklende, falmer, (endrer elementene deres over tid).

Etter plassering i vannsøylen:

Overfladisk, oppstår på overflaten av havet ,

Intern, oppstår i dybden.

Etter skjema:

Todimensjonal, som representerer lange parallelle aksler som følger hverandre,

Tredimensjonal, danner ikke parallelle aksler. Lengden på toppen er i samsvar med bølgelengden (vindbølger),

Enslig (enkelt), med bare en kuppelformet kam uten bølgebase.

I henhold til forholdet mellom bølgelengde og havdybde:

Kort (bølgelengden er betydelig mindre enn havets dybde),

Lang (bølgelengden er mye større enn havets dybde).

Ved å flytte bølgeformen:

Translasjonell, preget av synlig bevegelse av bølgeprofilen Vannpartikler beveger seg i sirkulære baner.

Stående (seiche), ikke beveg deg i rommet. Vannpartikler beveger seg kun i vertikal retning. Seiches oppstår når vannstanden stiger i den ene kanten av et reservoar og samtidig synker ved den andre, vanligvis etter at vinden stopper.

I små bassenger (havner, bukter osv.) kan det oppstå seiche når skip passerer.

Oftest i hav og hav må navigatører møte vindbølger, som får skipet til å gynge, oversvømme dekk, redusere hastigheten og i sterk storm forårsake skader som fører til at skipet dør.

Vindbølger er delt inn i tre hovedtyper:

Vetrovoe- dette er spenningen som dannes av vinden som blåser på et gitt sted i et gitt øyeblikk. Når vinden svekkes eller stopper helt, går bølgene over i dønninger.

Hovne opp er en bølge som forplanter seg ved treghet i form av frie bølger etter at vinden svekker seg eller stopper. En dønning som sprer seg under rolige forhold kalles død. Dønningsbølger er vanligvis lengre enn vindbølger, flatere og har en nesten symmetrisk form. Dønningens retning kan avvike fra vindretningen og ofte forplanter dønningen seg mot vinden eller i rett vinkel på den.

Surf– Dette er bølger som dannes av vindbølger eller dønninger nær kysten. Bølgene forvandles fra dypvannet i åpent hav mot kysten på grunt vann. Tredimensjonale bølger blir til todimensjonale, som har form av lange topper parallelle med hverandre. Deres høyde, bratthet og ødeleggende kraft øker. Slagkraften til en brytebølge kan nå 90 t/m2. I surfesonen oppstår det kantre og snu momenter, som er farlige for vannscootere.

Derfor er det svært vanskelig, farlig og noen ganger umulig å svømme i den grunne kystsonen og lande på kysten her.

Advarsler om undervannshindringer kan være brytere.

En breaker er et fenomen der bølger velter og bryter over stimer, banker, skjær og andre stigninger i bunnen.

En type bølge er publikum - Dette er møtet av bølger fra forskjellige retninger, som et resultat av at de mister en viss bevegelsesretning og representerer tilfeldige stående bølger.

Hver bølge er preget av visse elementer, for eksempel:

Crest bølger - den delen av bølgen som ligger over det rolige nivået.

Vertex bølger - det høyeste punktet på en bølgetopp.

Hul bølger - den delen av bølgen som ligger under det rolige nivået.

Bølger er preget av følgende elementer (fig. 1):

Ris. 1 Bølgeelementer

Bunnen er det laveste punktet i bølgedalen;

Høyde h- vertikal avstand fra basen til toppen av bølgen;

Lengde λ - horisontal avstand mellom toppene av to tilstøtende rygger;

Helning – forholdet mellom bølgehøyde og lengden ();

Periode τ – tidsintervallet mellom passasje av to tilstøtende hjørner gjennom samme faste punkt;

Front - en linje som går langs toppen av en gitt bølge; linjen vinkelrett på bølgefronten kalles en bølgestråle;

Spredningshastighet c - avstanden tilbakelagt av et bestemt punkt av bølgen per tidsenhet;

Utbredelsesretningen er vinkelen målt fra nord i retningen av bølgebevegelsen (eller den sanne retningen bølgene beveger seg fra).

Basert på den hydrodynamiske teorien om bølger ble det oppnådd formler som forbinder de enkelte elementene i bølger på dypt vann (når havdybden er >);

Med= 1,56 τ,

λ = 0,64 Med 2 ,

τ = 0,64 Med,

Bølgehøyden måles direkte eller bestemmes tilnærmet ved hjelp av et spesielt nomogram.

Det er fastslått at med dybden avtar forstyrrelsen raskt og sprer seg til dybder lik bølgelengden. Således, ved en dybde lik halve bølgelengden, er bølgehøyden 23 ganger mindre enn på overflaten, og ved en dybde lik bølgelengden er den 535 ganger mindre.

I navigasjon bør det tas i betraktning at store bølger oppstår når det er en veldig sterk vind i konstant retning som blåser i lang tid

(mer enn en dag), i bassenger av betydelig størrelse og dybde, og at i kystsonen, er bølgedannelse, i tillegg til dybde, sterkt påvirket av utformingen av kystlinjen og vindretningen i forhold til kysten ( vind fra kysten eller fra havet).

Vindbølger er forårsaket av vindpåvirkning og kalles fremoverbølger. Etter at vinden stopper fortsetter bølgene fortsatt på grunn av treghet, og slike bølger kalles hovne opp (på bildet).

Bølgene er utmerkede høyde(h) - vertikal avstand mellom tilstøtende ås og dal; bølgelengde (λ) - horisontal avstand mellom tilstøtende topper eller bunner ( huler).

Ris. Bølgeprofil og dens elementer (Sudolsky, 1991):

1 - statisk nivå, 2 - gjennomsnittlig bølgelinje, 3 - bølgeprofil, 4 - bølgetopp, 5 - bølgetopp, 6 - bølgebunn, 7 - bølgedal: λ - bølgelengde, λ g - topplengde, λ l - lengde på trauet, h - bølgehøyde, h r - topphøyde, h n - dybden på basen

Bølgebratthet(ϵ) bestemmes ved å dele bølgehøyden (h) med lengden (λ).

ϵ = h/λ

Bølgeperiode(T) er tiden hvor bølgen beveger seg en avstand lik lengden. Bølgealder (B) er forholdet mellom bølgehastighet (s) og vindhastighet (W).

Bølgehastigheten er

c = λ/T

Forhold mellom elementer trochoidal bølge er gitt i tabellen nedenfor. Dessuten er bølgelengden (λ), bølgeperioden (T) og bølgehastigheten (c) avhengig av hverandre, og de kan bestemmes av formler. Bølgehøyden (h) er ikke inkludert i de angitte avhengighetene, og den bestemmes ved observasjon eller andre metoder, for eksempel i henhold til nomogrammet til A.P. Braslavsky (1952).

Bord. Forholdet mellom elementer av trochoidale bølger

Å beregne høyde og bølgelengde Formlene til V. G. Andriyanov (1957) brukes ofte:

h=0,0208 W 5/4 D 1/3 og λ = 0,304 W D 1/2

og N.A. Labzovsky (1976):

h= 0,073 W √E D og λ = 0,073 W √D/E,

hvor h og λ er høyden og bølgelengden, m; W - vindhastighet, m/s; D - akselerasjonslengde, km; E - bølgebratthet (h/λ).

h = 0,33 √L

og små innsjøer(L<60 км):

h = 0,33 √L + 0,76 - 0,26 4 √L

Men i innsjøer med L mindre enn 1 km gir formelen ikke alltid en reell indikator på bølgehøyde.

I formlene til E. A. Dyakova og N. D. Shitov, i tillegg til akselerasjonslengden (D) og vindhastigheten (W), er dybden til reservoaret (N, m) tatt i betraktning:

h = 0,0186 W 0,71 D 0,24 H 0,54

h = 0,151 H 0,34 W D 0,33

λ = 0,104 H 0,57 W D 0,33

For raskt å vurdere bølgeelementer (høyde, lengde, periode og forplantningshastighet) avhengig av akselerasjonslengden og vindhastigheten, kan du bruke tabellen til N. A. Labzovsky (1952).

Karakteristikkene til bølger og reservoarets tilstand vurderes i henhold til skalaen for graden av vindbølger og skalaen til tilstanden til overflaten av innsjøen og reservoaret under påvirkning av vind (se tabell).

På kritisk dybde(Nkr ≥ h med medvind) nær kysten og på grunne (stim) ødelegges bølger, som kalles offshore surfe , på luds (grunne) - brytere .

Vannet av bunnkompensasjonsstrømmer i forhøyede områder av bunnen eller i smale grunne bukter stiger oppover. Dette kommer til uttrykk i unormalt lave temperaturer sammenlignet med temperaturer i nærliggende dypområder.

Hver bølge er preget av visse elementer. De vanlige elementene for bølger er: 1. toppunkt- det høyeste punktet på bølgetoppen; 2. såle- det laveste punktet i bølgedalen; 3. høyde(h) - overskridelse av toppen av bølgen; 4. lengde() - horisontal avstand mellom toppene av to tilstøtende rygger på en bølgeprofil tegnet i den generelle retningen for bølgeutbredelse; 5. periode(T) er tidsintervallet mellom passasjen av to tilstøtende bølgetopper gjennom en fast vertikal; med andre ord, det er tidsperioden som bølgen reiser en avstand som er lik dens lengde; 6. bratthet (e)- forholdet mellom høyden til en gitt bølge og lengden. Bølgens bratthet på forskjellige punkter i bølgeprofilen er forskjellig. Den gjennomsnittlige bølgebrattheten bestemmes av forholdet:

7. bølgehastighet(c) er bevegelseshastigheten til bølgetoppen i retningen av dens utbredelse, bestemt over et kort tidsintervall av rekkefølgen av perioden; bølger; 8. bølgefront- en linje på planen av den grove overflaten, som går langs toppene av toppen av en gitt bølge, som bestemmes av bladet til bølgeprofilene trukket parallelt med den generelle forplantningsretningen.

Figur 1. Grunnleggende bølgeelementer

2.2 Vindbølgehastighet

Vindbølger er preget av kun mindre horisontale bevegelser av vann. Med økende dybde blir horisontal forskyvning ubetydelig liten selv ved en dybde som overstiger bølgelengden. Som et resultat, på dypt vann, samhandler bølger praktisk talt ikke med bunnen, og deres oppførsel er ikke avhengig av dybden. Derfor er fasehastigheten til en bølge kun en funksjon av bølgelengden. På dypt vann

Ethvert system der hastigheten til en bølge avhenger av lengden kalles fordelt. Derfor er dyphavet et typisk spredningssystem. Når bølgehastigheten blir uavhengig av (systemet slutter å være spredt). Men samtidig blir det avhengig av dybde.

På grunt vann

Alt det ovennevnte refererer til fasehastigheten til bølgen. Gruppehastighet, dvs. hastigheten på energiutbredelsen er forskjellig fra fasehastigheten i et spredt medium. For to begrensende tilfeller (dype og grunne bølger), er følgende relasjoner sanne:

på dypt vann:

på grunt vann:

2.3.Bølgehøyde

Bølgehøyden avhenger av:

bølgeakselerasjon;

varigheten av vindvirkningen;

vindfart.

Figur 2. Graf over bølgehøyde kontra vindhastighet

Maksimal registrert bølgehøyde var 34 m; lengden var 342 m; periode 14,8 s.. Den hadde en fasehastighet på 23,1 m/s og en gruppehastighet på ca. 11,5 m/s

2.4 Bølgeenergi

I følge den hydrodynamiske teorien består bølgeenergien av den kinetiske energien Ek til væskepartiklene som deltar i bølgebevegelsen og den potensielle energien E p, bestemt av posisjonen til væskemassen hevet over nivået til den rolige overflaten. I bølger med liten amplitude, energien per område som har en bølgelengde og enhetsbredde:

, (6)

hvor er tettheten til væsken, er tyngdeakselerasjonen;