Научная электронная библиотека
Монографии, изданные в издательстве Российской Академии Естествознания
6.1 Классификация волн
Волновые движения возникают под действием внешних возмущений: ветер вызывает появление, развитие и поддерживает существование ветровых волн; движущееся судно оставляет за собой корабельные волны; колеблющееся в воде вблизи ее свободной поверхности тело создает свободные волны; волны прилива и отлива; землетрясе ние порождает цунами.
В зависимости от силы, поддерживающей волнообразование, волны можно разделить на гравитационные, капиллярные и упругие.
К гравитационным относят ветровые волны, волны, вызванные движением тел в жидкости, приливные.
Капиллярные волны обусловлены движением сил поверхностного натяжения, они имеют вид ряби и также вызываются ветром или движением тела.
Капиллярные волны обусловлены действием сил поверхностного натяжения. При уменьшении длины поверхностных волн силы поверхностного натяжения начинают оказывать на них все большее влияние. Для волн длиной в несколько миллиметров силы поверхностного натяжения доминируют над гравитационными. Интервал длиной от 0,2 до 20 см, в котором действуют гравитационные и поверхностные волны одного порядка, называются гравитационно–капиллярными. Волны с длиной более 20 см относятся к гравитационным; меньше 0,2 см – к капиллярным.
Упругие волны, в отличие от поверхностных, охватывают всю массу жидкости. К ним относятся звуковые волны, волны; образующиеся при подводных или воздушных взрывах.
В данной работе будут использованы обозначения и определения основных элементов волн согласно ГОСТ 18451–73.
Профиль волны – наикратчайшая линия, соединяющая одновре менные положения частиц на свободной поверхности несжимаемой жидкости.
Вершина волны – наивысшее положение частицы жидкости. По дошва волны – наинизшее положение частицы жидкости.
Длина волны l (рисунок 6.1) – горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волны (например, между двумя соседними вершинами), м.
Амплитуда волны rв – радиус круговой орбиты, описываемой частицей свободной поверхности жидкости, м.
Высота волны h – превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн.
Период волны t – интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль.
Частота волны, 
Волновое число или частота формы профиля волны, 
, м–1.
Скорость волны с – скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения, определяемая за короткий интервал времени периода волны, 
, м/с.
Уклон взволнованной поверхности – угол между горизонтальной прямой и касательной к волновому профилю в некоторой его точке.
Средняя волновая линия – горизонтальная линия, проведенная на профиле волны на отметке, равной полусумме отметок ее вершины и впадины.
Рисунок 6.1 Основные элементы волн
Параметры волн зависят от условий, вызвавших их формирование. В таблице 6.3 приведена связь высот волн со степенью волнения в баллах.
В зависимости от глубины водоема при спокойном уровне различают водоемы большой и малой глубины.
Если относительная глубина 
, то глубина воды малая.
При 
изменение глубины Н не оказывает влияния на кинематику волн и глубина воды может рассматриваться как бесконечная.
Таблица 6.3
| Степеньволнениябаллы | Скоростьветра, м/с | Давление, Па | Характеристика ветра | Высотаволн, м | Характеристика волнения |
| 0 | 0 | 0 | Штиль | 0 | Волнения нет |
| I | 1 | 1 | Тихий | 0,1 - 0,25 | Слабое |
| II | 2-3 | 2 | Легкий | 0,21 - 0,75 | Умеренное |
| III | 4-5 | 31 | Слабый | 0,75 - 1,25 | Значительное |
| IV | 6-8 | 85 | Умеренный | 1,25 - 2,0 | Сильное. Значительное |
| V | 9-10 | 125 | Свежий | 2,0 - 3,5 | Сильное |
| VI | 11-13 | 210 | Сильный | 3,5 - 6,0 | Сильное |
| VII | 14-17 | 360 | Крепкий | 6,0 - 8,5 | Очень сильное |
| VIII | 18-20 | 500 | Очень крепкий | 8,5 - 11,0 | Исключительное |
| IX | 21-24 | 720 | Шторм | 11 | То же |
| X | 25-28 | 980 | Сильный шторм | 11 |