59. Дрейфовые течения. Спираль Экмана

ДРЕЙФОВЫЕ ТЕЧЕНИЯ - ветровые течения, временные, периодические или постоянные,возникающие на поверхности воды под действием ветра. Отклоняются от направления ветра в северномполушарии вправо на угол 30—45°. В мелководных бассейнах угол значительно меньше, а на мелкомАзовском море он практически отсутствует. С глубиной скорость Д. т. убывает, а угол между ветром итечением возрастает.

Экмановская Спираль — это структура течений или ветров около горизонтальной границы, в которой направление течения постепенно поворачивает с удалением от границы. Она названа по имени шведского океанолога Вагна Экмана. Отклонение поверхностного течения в океане от направления ветра впервые было замечено норвежским океанологом Фритьофом Нансеном во время его экспедиции на Фраме.

Эффект является следствием действия силы Кориолиса, которая заставляет движущиеся объекты поворачивать вправо в Северном полушарии и влево в Южном полушарии. Таким образом, когда ветер дует над поверхностью океана в Северном полушарии, поверхностные течения отклоняются вправо от направления ветра. Поверхностный слой воды за счёт вязкости приводит в движение нижележащий слой, который тоже отклоняется вправо и так далее. С увеличением поворота течение постепенно становится слабее.

Классическая Экмановская спираль наблюдалась под морским льдом, но не встречается в открытом океане. Это обусловлено тем, что турбулентное перемешивание в поверхностном слое океана обладает сильным дневным циклом, а также тем, что поверхностные волны могут дестабилизировать Экмановскую спираль. Тем не менее Экмановская спираль наблюдается в атмосфере.

60. Свободные стационарные течения и с учетом трения.

Гидродинамика ламинарных течений изучает поведение регулярных решений уравнений гидродинамики, в которых первые производные скорости по времени и по пространству являются конечными. В некоторых случаях со специальной геометрией уравнения гидродинамики могут быть решены точно. Некоторые наиболее важные задачи этого раздела гидродинамики:

• стационарное течение идеальной несжимаемой жидкости при различных граничных условиях

• стационарное течение вязкой жидкости, уравнения Навье — Стокса

• волны на поверхности идеальной несжимаемой жидкости и прочие нестационарные явления

• ламинарное обтекание конечных тел

• течения в различных несмешивающихся жидкостях, тангенциальные разрывы и их устойчивость

• струи, капли и прочие течения конечных размеров

Для описания течения жидкости необходимо рассмотреть движение небольшого ее объема.

Линии, вдоль которых перемещаются частицы жидкости, называются линиями тока.

Если каждая последующая частица жидкости проходит через данную точку, следуя по тому же пути, что и предыдущая частица жидкости, течение жидкости называется стационарным.

Линии тока при стационарном течении жидкости отображают направление течения, которое может быть прямым или изогнутым. Касательная, проведенная в любой точке к линиям тока, указывает направление вектора скорости в данной точке.

Течения с трением

Вязкость (внутреннее трение) — это свойство реальных жидкостей оказывать сопротивление перемещению одной части жидкости относительно другой. При перемещении одних слоев реальной жидкости относительно других возникают силы внутреннего трения, направленные по касательной к поверхности слоев. Действие этих сил проявляется в том, что со стороны слоя, движущегося быстрее, на слой, движущийся медленнее, действует ускоряющая сила. Со стороны же слоя, движущегося медленнее, на слой, движущийся быстрее, действует тормозящая сила.

Идеальная жидкость, т. е. жидкость без трения, является абстракцией. Всем реальным жидкостям и газам в большей или меньшей степени присуща вязкость или внутреннее трение. Вязкость проявляется в том, что возникшее в жидкости или газе движение после прекращения действия причин, его вызвавших, постепенно прекращается.