Из Википедии, бесплатной энциклопедии
Перейти к навигации Перейти к поиску
Погружающийся выключатель
Обрушение больших волн

В динамике жидкости , А нарушение волны или автоматический выключатель представляет собой волны , чья амплитуда достигает критического уровня , при котором некоторый процесс может внезапно начинают происходить , что вызывает большое количество энергии волны должны быть преобразованы в турбулентной кинетической энергии . На этом этапе простые физические модели, описывающие волновую динамику, часто становятся недействительными, особенно те, которые предполагают линейное поведение.

Самый известный вид обрушивающейся волны - это обрушивающаяся на береговая линия поверхностная волна . Обрушение волны обычно происходит там, где амплитуда достигает точки, когда гребень волны фактически переворачивается - типы разбивающихся волн на поверхности воды более подробно обсуждаются ниже. Некоторые другие эффекты в гидродинамике также были названы «прибойными волнами», частично по аналогии с волнами на поверхности воды. В метеорологии считается , что атмосферные гравитационные волны разрушаются, когда волна создает области, в которых потенциальная температура уменьшается с высотой, что приводит к диссипации энергии из-за конвективной нестабильности ; также говорят, что волны Россби разрушаются [1]при перевороте потенциального градиента завихренности . Волна нарушение также происходит в плазме , [2] , когда скорости частиц превышать волны фазовой скорости . Другое приложение в физике плазмы - разлет плазмы в вакуум , в котором процесс обрушения волн и последующее развитие пика быстрых ионов описывается уравнением Сака-Шамеля .

Риф или пятно мелководья , такие как мелководье , против которого волна разорвать также может быть известно как выключатель.

Типы [ править ]

Классификация типов обрушивающихся волн
Воспроизвести медиа
Громящая волна на склоне в лабораторном волновом канале (фильм)
Анимация, показывающая, как уклон морского дна вдоль побережья влияет на прибойные волны

Разрушение водных поверхностных волн может происходить везде, где амплитуда достаточна, в том числе в середине океана. Однако это особенно характерно для пляжей, потому что высота волн усиливается в области более мелкой воды (потому что групповая скорость там ниже). См. Также волны и мелководье .

Есть четыре основных типа волн на воде. Они разливаются, падают, разрушаются и вздымаются. [3]

Разбрызгиватели [ править ]

Когда дно океана имеет постепенный уклон, волна будет становиться круче, пока гребень не станет неустойчивым, в результате чего бурная бурная вода стекает по поверхности волны. Это продолжается, когда волна приближается к берегу, и энергия волны медленно рассеивается в бурной воде. Из-за этого проливные волны ломаются дольше, чем другие волны, и создают относительно мягкую волну. Ветровые условия на суше повышают вероятность образования разливов.

Погружающиеся отбойные молотки [ править ]

Падающая волна возникает, когда дно океана круто или имеет резкие изменения глубины, например, из-за рифа или песчаной косы. Вершина волны становится намного круче разливающейся волны, становится вертикальной, затем изгибается и падает на впадину волны, высвобождая большую часть своей энергии сразу при относительно сильном ударе. Падающая волна разбивается с большей энергией, чем разливающаяся волна значительно большего размера. Волна может захватывать и сжимать воздух под губой, создавая «грохочущий» звук, связанный с волнами. На больших волнах этот удар могут почувствовать любители пляжа на суше. Морские ветровые условия могут повысить вероятность возникновения плунжеров.

Если падающая волна не параллельна пляжу (или дну океана), часть волны, достигающая мелководья, разорвется первой, а часть волны (или завиток) будет двигаться вбок по поверхности волны, как волна продолжается. Это «труба», столь востребованная серферами (также называемая, среди прочего, «бочкой», «ямой» и «зеленой комнатой»). Серфер старается держаться рядом или под обрушивающейся губой, часто стараясь оставаться как можно «глубже» в трубе, при этом имея возможность выстрелить вперед и выйти из ствола до того, как он закроется. Падающая волна, идущая параллельно пляжу, может сразу разбиться по всей своей длине, делая ее непригодной для езды и опасной. Серферы называют эти волны «закрытыми».

Сворачивание [ править ]

Коллапсирующие волны представляют собой нечто среднее между погружением и нагонами, при котором гребень никогда не ломается полностью, но нижняя поверхность волны становится круче и схлопывается, в результате чего образуется пена.

Пульсирующий [ править ]

Пульсирующие буруны возникают из-за продолжительных волн с низкой крутизной и / или крутых профилей пляжа. Результатом является быстрое движение основания волны вверх по наклонной плоскости и исчезновение гребня волны. Передняя поверхность и гребень волны остаются относительно гладкими с небольшим количеством пены или пузырьков, что приводит к очень узкой зоне прибоя или вообще без разбивающихся волн. Короткий, резкий всплеск энергии волны означает, что цикл автомата перекоса / обратной промывки завершается до прихода следующей волны, что приводит к низкому значению разности фаз Кемпа (<0,5). Пульсирующие волны типичны для отражающих пляжей. На более крутых пляжах энергия волны может отражаться дном обратно в океан, вызывая стоячие волны .

Физика [ править ]

Погружающийся выключатель
Разрушающийся выключатель
Пульсирующий выключатель
Различные типы обрушивающейся волны, нарисованные по фотографиям из лабораторного эксперимента , могут быть связаны со значением числа Ирибаррена .

Во время разрушения на гребне волны образуется деформация (обычно выпуклость), передняя сторона которой известна как «носок». Образуются паразитные капиллярные волны с короткими длинами волн. Те, что выше «пальца ноги», как правило, имеют гораздо более длинные волны. Однако эта теория далеко не идеальна, поскольку она линейна. Было несколько нелинейных теорий движения (относительно волн). Один из предложенных использует метод возмущения для расширения описания до третьего порядка, и с тех пор были найдены лучшие решения. Что касается волновой деформации, созданы такие методы, как метод граничного интеграла и модель Буссинеска .

Было обнаружено, что высокочастотные детали, присутствующие в обрушивающейся волне, играют роль в деформации и дестабилизации гребня. Та же теория развивает это, утверждая, что впадины капиллярных волн создают источник завихренности . Говорят, что поверхностное натяжение (и вязкость ) имеют большое значение для волн длиной до 7 см (3 дюйма). [4]

Однако эти модели ошибочны, поскольку они не могут учесть, что происходит с водой после того, как волна разбивается. Формы вихрей после разрыва и турбулентность, создаваемая разрывом, в основном не исследованы. Понятно, что получить предсказуемые результаты в океане может быть сложно.

После того, как вершина волны опрокидывается и струя схлопывается, она создает очень когерентный и четко выраженный горизонтальный вихрь. Погружающиеся прерыватели создают вторичные водовороты на поверхности волны. Маленькие горизонтальные случайные водовороты, которые образуются по бокам волны, предполагают, что, возможно, до разрушения скорость воды была более или менее двумерной. После разрушения он становится трехмерным.

Основной вихрь вдоль фронта волны после обрушения быстро диффундирует внутрь волны, так как вихри на поверхности становятся более вязкими. Адвекция и молекулярная диффузия играют роль в растяжении вихря и перераспределении завихренности, а также каскадов турбулентности пласта. Этим методом энергия больших вихрей передается изотропным вихрям гораздо меньшего размера.

Были проведены эксперименты, чтобы определить эволюцию турбулентности после перерыва как в глубокой воде, так и на пляже.

См. Также [ править ]

  • Число Ирибаррена  - безразмерный параметр, используемый для моделирования нескольких эффектов разбивания поверхностных гравитационных волн на пляжах и прибрежных сооружениях.
  • Волновая турбулентность  - набор нелинейных волн, далеко отклонившихся от теплового равновесия.

Ссылки [ править ]

  1. ^ "AGU - Американский геофизический союз" . AGU .
  2. ^ https://crppwww.epfl.ch/~duval/P5_009.pdf
  3. ^ Сарпкая, Тургут; Исааксон, Майкл (1981). Механика волновых сил на морских сооружениях . Ван Ностранд Рейнхольд. п. 277. ISBN. 978-0-442-25402-5.
  4. ^ Лайтхилл, MJ (1978). Волны в жидкостях . Издательство Кембриджского университета. С. 223–225 и 232–235. ISBN 0-521-29233-6. OCLC  2966533 .

Внешние ссылки [ править ]

  • Океаны и окраины, Науки о Земле Австралия
  • Лабораторное прерывание волн сверхмедленного движения: вид сбоку. на YouTube
  • Лабораторное разрушение сверхмедленных волн: подводный взгляд на турбулентность. на YouTube