Хпилювання
Хвилювання - один з найбільш поширених видів коливального руху води, коли частки води рухаються по замкнутих або майже замкнутих траєкторіях, виконуючи вертикальні і горизонтальні переміщення.
Хвилі характеризуються: висотою, довжиною, періодом, швидкістю розповсюдження (фазовою і орбітальною), крутизною, положенням фронту і напрямком розповсюдження.
Висота хвилі h - це перепад рівнів між гребенем і підошвою хвилі, який дорівнює половині амплітуди.
Довжина
хвилі
-
найкоротша горизонтальна відстань між
двома сусідніми гребенями або підошвами.
Період
хвилі
- це час одного обертання частки по її
орбіті, іншими словами, це час між
проходженням двох послідовних гребенів
через одну й ту ж точку простору.
Фазова швидкість с - горизонтальна відстань, яку проходить будь-яка точка хвильового профілю в одиницю часу, тобто
Орбітальна швидкість - це швидкість руху частки по орбіті.
Крутизна хвилі δ - кут похилу хвильового профілю до горизонту. На| практиці для зручності користуються формулою
Фронт хвилі - це лінія, що проходить вздовж гребенів хвилі нормально до напрямку переміщення хвильового профілю.
Напрямок розповсюдження хвилі — це напрямок, з якого йде хвиля (азимут у градусах або румбах).
По формі хвилі поділяють на двовимірні, які мають велику довжину гребені і тривимірні, довжина гребеня яких приблизно збігається з довжиною хвилі.
Залежно
від співвідношення довжини хвиль з
глибиною водойми, їх поділяють на
короткі
(
<
2), або
хвилі на глибокій воді, довгі
(
10),
або
хвилі на мілкій воді
і
хвилі кінцевої глибини
(2 <
< 10).
Залежно від того, рухається профіль хвилі вздовж вільної поверхні чи бере участь тільки у вертикальних коливаннях, їх поділяють на поступальні і стоячі Стоячі хвилі - це результат інтерференції поступальних хвиль, які рухаються різних напрямках.
На озерах короткі хвилі виникають під впливом вітру, тобто під дією тангенціального тертя і нормального тиску повітряних мас, що рухаються над вільною поверхнею. Форма хвиль неправильна, тривимірна. Навітряний схил хвилі крутіший, ніж підвітряний. Крутизна хвиль у середньому дорівнює 0,1. Швидкість хвиль залежить від їх довжини за формулою
Висоти хвиль по експоненті зменшуються з глибиною. Глибина поширення хвиль від вітру на озерах обмежується кількома метрами, на найбільших - 20 м. На озері Байкал хвилі поширюються до глибини 8...10 м.
Довгі хвилі на мілководді рухаються зі швидкістю, яка залежить не тільки від довжини хвилі, а й від глибини озера:
Коли глибина озера є малою порівняно з довжиною хвилі , то швидкість розповсюдження залежить тільки від глибини
В природних умовах довші хвилі наздоганяють коротші. Між ними виникає інтерференція, і завдяки цьому утворюються групи хвиль. Вони рухаються з так званою груповою швидкістю, яка не збігається з фазовою швидкістю окремих хвиль.
При переході хвиль на малі глибини спостерігається явище рефракції, тобто хвилі змінюють свій напрямок і фронт прагне зайняти положення, паралельне берегу. Це пов'язане з тим, що ділянки фронту хвилі, розташовані ближче до берега, рухаються повільніше, ніж ті, що не дійшли до малих глибин. При рефракції відбувається зміна довжин, висот і крутизни хвиль.
Після припинення дії вітру або горизонтального градієнту тиску водна маса озера намагається повернутися до стану рівноваги і внаслідок цього набуває коливального руху. Виникають затухаючі стоячі хвилі (сейші). При сейшах у водоймі завжди є одна або кілька точок із постійними рівнями. Ці точки називаються вузлами. Залежно від кількості вузлів сейші бувають одновузлові та багатовузлові. Якщо на озері є кілька точок, де рівень досягає максимального значення, - це пучності.
Сейші - це вільні коливання, тому їх вивчення пов'язане з резонансними явищами в озерах, бухтах або затоках, коли період вимушених коливань збігається з періодом вільних коливань. Резонансні явища можуть утворювати коливання з дуже великими амплітудами.