В жизни каждого человека поездки на море связаны
с приятными воспоминаниями об отдыхе, природных красотах, компании
друзей и молодости, как ни крути!
Дополним кайф воспоминаний квазинаучной дискуссией о природе морского
прибоя. Почему прибой? В прошлом году забавно обсуждали приливы, почему
бы так же не обсудить волны, набегающие на берег?
Вопросы для обсуждения:
Возникновение периодических волн в открытом море при
равномерно дующем ветре.
Форма и размеры волн.
Одиночные волны, солитоны
Движение частиц воды внутри волн. Перемешивание. Сравнение
с упругими волнами на поверхности студня (желе).
Прибой как выход волн на сушу. Механика внутреннего движения
и его энергия.
Фазовая скорость прибоя при набегании волн под углом
к береговой линии (бегущее вдоль берега обрушение волны).
Через пару дней Олег П. подкинет фотки с сайта https://ffke1975.narod.ru/ , там полно моря.
Вчера погуляли в Сестрорецке под пронизывающим ветром со стороны Финляндии.
Шлите свои фото (умеренного размера, плиз) и рассуждения. Кто захочет присоединиться к групповому снимку, сделайте фото себя так, чтобы линия морского горизонта проходила через вашу голову – тогда нормально пристыкуетесь.
Муслим Магомаев "Синяя вечность"
Сегодня
24 ноября, День рождения д. Вовы Пиотуха, который страстно любил море
и многих наших товарищей приобщил к красотам Чёрного моря в Крыму.
"Через пару дней Олег П. подкинет фотки с сайта
https://ffke1975.narod.ru/ , там полно моря..."
Сначала вопрос на засыпку. В нынешние времена, когда лишний раз
щёлкнуть камерой не стоит никаких трудов, и за время фотосессии
на карточке накапливаются сотни файлов, часто ли вы впоследствии
пересматриваете свои отснятые сотни мегабайт?
Так вот, коль пошла такая пьянка с разбором старых фотографий,
решил (своего удовольствия ради и в беспорядочном порядке) извлечь
из сайтовых глубин еще несколько десятков фоток на заданную морскую
тематику разных годов начала третьего тысячелетия от Р.Х. >>
Очень
обширная тема )) не знаю с чего начать.
Если с конца (пункт 7), то знаю, что девушки не любят разговаривать, стоя
в воде, с мальчиками, так как такое стояние вызуально укорачивает длину
их ног.
Что касается пункта 6, то все знают, что далеко в море
волны ходят в любую сторону, а вот около берега, почти перпенпендикулярно
линии берега. Это из-за того, что близость дна уменьшает скорость волн
и соответственно происходит что-то типа «оптического преломления».
Стоящему в воде всегда кажется, что он стоит в самом глубоком
месте.
Под ногами кажущаяся глубина в раз меньше реальной.
Рассуждения
об оптических искажениях при наблюдениях на морском берегу напомнили наблюдавшуюся
когда-то картину. Легкий прибой гонит воду из моря в устье речки Ронже,
да к тому же видимый рельеф местности пытается убедить, что речка вытекает
из моря и течет куда-то в центр Паланги.
А бывает ли так, чтобы река вытекала из моря?
Можете ознакомиться с небольшим исследованием на тему "Может
ли река вытекать из моря?"
Любопытно, что такое место естественного происхождения действительно существует.
Немаленькая, так сказать, "вытока" из моря шириной метров 200
и длиной несколько километров течет со скоростью 1 - 3 м/сек. Откуда и
куда? >>
...в конце хотелось бы поговорить
о картинах Айвазовского: как физически грамотно изображать воду в движении.
Когда-то в Москве ходил в Манеж на выставки и проверял, насколько грамотно
художники строили на своих картинах отражения, находил ошибки:-) Особый
интерес к каустике — сетке жгучих (каустик) ярких линий.
Я. Б. Зельдович в своё время показал, что подобным образом устроена и
крупномасштабная
структура Вселенной. А здесь малейшее волнение воды приводит к тому,
что лучи света начинают преломляться крайне неоднородно, кучкуясь в тонких
линиях.
А так, логическая схема беседы была бы: модель возникновения
волн в глубоком неограниченном резервуаре под действием постоянного однородного
ветра. Рисуют красивые картинки движения частиц воды по кругу.
Как переносится при этом энергия и импульс?… Сравнить с моделью
возбуждения волн на поверхности желе (упругой среды, но без перемешивания).
И с движением волн пшеницы
на полях, там вообще каждый колосок сам за себя и не связан с соседями.
Тема неоднородности волнения. 9-я вал и т.д.
Вчера ездили в Кронштадт, в самый западный форт Риф (см.фото).
Сверху было видно, что вместо ровных рядов регулярных волн имеем полный
разнобой.
С.П.
Волны можно увидеть буквально под ногами в
лужах >>.
Волны на поверхности воды формируются за счёт силы гравитации
и сил поверхностного натяжения. При этом для длинных волн преобладает
влияние гравитации, а для коротких волн определяющими являются капиллярные
силы.
Ссылка выше на "бегущих по волнам" напомнила
мне задачку из сборника "Задачи академика П.Л. Капицы",
которую мы решали на семинаре по общей физике.
С какой скоростью надо бежать
по поверхности воды, чтобы не утонуть?
Мне неизвестно о существовании сборника решений задач
Капицы (наверно, такового и вовсе нет),
и я не помню ход рассуждений под руководством препа на том давнем
семинаре.
Помню только, что оценки привели к такому результату - порядка 250
- 300 км/час. -->>
Кто-нибудь может предложить свое решение или изложить
подходы к решению?
Подсказка 1. Тривиальный ответ: с первой космической
скоростью.
Подсказка 2. Говорят, большие мастера по водным лыжам умудряются
за мощным катером на хорошей скорости глиссировать по воде вообще
без лыж, только на своих пятках.
Решение в угле и скорости отталкивания подошвы, необходимо отталкиваться в направлении, чтобы вертикальная компонента скорости компенсировала падение. Тут будет важна вязкость воды.
И форма подошвы.
Вязкостный фефект будет зависеть от скорости погружения ботинка. На самом деле нужно как то выковырять из гидродинамики противодействие гравитации - компрессия воды даёт некий модуль Юнга он же Янга (Young modulus). И этот фефект - нелинеен по скорости создания механического давления в воде.
Может, будет полезно вспомнить,
что если на воду положить обыкновенную газету, то о неё можно разбить сырое яйцо: здесь -->
Нужно искать решение в области максимального отталкивания от воды, уменьшая обтекание подошвы.
Полусфера или парабола снизу с макс площадью (возможно, изменяемая в процессе толчка) по идее должна обеспечить толкание вниз (под углом) максимального кол-ва воды и, соответственно, импульса бегущего.
Мы видим как лягушки, птицы бегут по воде на небольших скоростях.
Если нечестно, то небольшое крыло, экран тоже не помешали бы.
В 2013 году российский ученый Юрий Иваненко получил Шнобелевскую премию «за открытие, что человек может бегать по поверхности воды, будь эта вода на Луне».
- Мы рассчитали: для того чтобы бегать по воде в земных условиях площадь стопы у человека должна составлять 1 м2, а скорость передвижения - 10 м/с, - объяснял Иваненко.
- Свои расчеты мы экспериментально подтвердили в бассейне, где просили добровольцев одевать ласты и фиксировали их на специальной подвеске, имитирующей снижение гравитации.
По распространенному поверью, во время морской бури девятая волна является самой сильной и зачастую роковой.
Древние греки роковой волной считали третий, а римляне - десятый вал.
А что говорит наука?
На практике волны на воде распространяются группами. Это явление носит название групповой солитон и описывается нелинейным уравнением Шрёдингера, которое описывает совокупность явлений в физике волновых процессов. Обычно, в групповом солитоне находится от 14 до 20 волн, причём средняя волна самая большая. Отсюда следует, что самая высокая волна в группе на воде находится между седьмой и десятой ("девятый вал").
Если в группе волн образовалось большее количество волн, то произойдет ее распад на несколько групп. Таковая неустойивость Бенжамена-Фейера была теоретически обоснована только в 1967 году. "Нелинейные волны и солитоны" -->>
И. Айвазовский "Девятый вал"
Волны-убийцы
Фото 1940-х гг. большой волны.
Гигантские одиночные волны высотой 20 - 30 метров, возникающие в океане, долгое время считались вымыслом, так как они не укладывались ни в одну существовавшую на то время математическую модель возникновения и поведения морских волн, а также не находилось достаточного количества достоверных свидетельств. Началом научного интереса к явлению является 1 января 1995 года, когда на нефтяной платформе «Дропнер» в Северном море у побережья Норвегии была впервые приборно зафиксирована волна высотой в 25,6 метра, названная волной Дропнера.
Кроме аномальной высоты, волны-убийцы также отличаются аномальной крутизной, представляя собой почти вертикальную стену воды.
Кацусика Хокусай. «Большая волна в Канагаве»,
1823-1831. Метрополитен-музей, Нью-Йорк
Одной из проблем в изучении волн-убийц является сложность их получения в лабораторных условиях. В основном исследователи вынуждены работать с данными, полученными при наблюдениях в естественных условиях, причём такие данные весьма ограничены в силу непредсказуемого характера возникновения волны-убийцы.
В 2011 году впервые экспериментально на воде были получены солитоны-бризеры Перегрина, представляющие собой частное решение нелинейного уравнения Шрёдингера, которые, по мнению многих учёных, являются возможным прототипом волн-убийц. Вследующем году учёным удалось продемонстрировать генерацию солитона-бризера более высокого порядка, для которого амплитуда в пять раз превышает амплитуду фонового волнения.
Численное моделирование волны-убийцы
А что бы вы сказали о волне высотой 524 метра?
Именно на такой высоте над уровнем моря волна повалила деревья на склоне прибрежных гор в бухте Литуйя в 1958 году.