Характеристика волн
НАПРАВЛЕНИЕ РАСПРОСТРАНЕНИЯ ВОЛНЫ — направление перемещения волны, определяемое за короткий интервал времени — период волны, или направление луча волны.
ВОЛНЕНИЕ — образование волн на поверхности воды (реки, озера или моря). В. вызывается ветром, а иногда землетрясением. В. разделяют на ветровое, зыбь и смешанное. Степень волнения определяют в баллах в зависимости от высоты наиболее крупных волн по шкале Бофорта.
ВОЛНЕНИЕ ВЕТРОВОЕ — процесс формирования, развития и распространения вызванных ветром волн на акваториях океанов, морей и других бассейнов. Основными характеристиками волны (рис. 1) являются: волновой профи л ь — кривая, получаемая в результате сечения взволнованной поверхности моря вертикальной плоскостью в заданном направлении; фронт волны — линия на плане взволнованной поверхности, проходящая по вершинам гребня данной волны, которые определяют по множеству волновых профилей, проведенных параллельно генеральному направлению распространения волн; средний волновой уровень волнового профиля — линия, пересекающая волновой профиль так, что суммарные площади выше и ниже этой линии одинаковы; луч волны — линия, перпендикулярная к фронту волны в данной точке; гребень — часть волны, расположенная выше среднего волнового уровня; вершина — наивысшая точка гребня волны; подошва — наинизшая точка ложбины волны; ложбина — часть волны, расположенная ниже среднего волнового уровня; высота волны hg — превышение вершины волны над соседней подошвой на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн; длина волны \у — горизонтальное расстояние между вершинами двух смежных гребней на волновом профиле, проведенном в генеральном направлении распространения волн; период волны — интервал времени между прохождением двух смежных вершин волн через фиксированную вертикаль; скорость волны — скорость перемещения гребня волны в направлении ее распространения, определяемая за короткий интервал времени порядка периода волны.
Рис. 1. Характеристики волн:
1 — волновой профиль; 2 — средний волновой уровень волнового профиля;
3 — гребень; 4 — вершина; S — подошва; 6 — ложбина волны; hg — высота, A.g — длина волны
ВОЛНЫ СУДОВЫЕ — волны, создаваемые на поверхности воды движущимся судном. Корпус судна при движении оказывает давление на частицы воды, У носовой и кормовой оконечностей судна вода, обтекающая корпус, подтормаживается. В средней части корпуса скорость воды по сравнению со скоростью набегающего потока увеличивается. В районах носа и кормы судна, где скорость потока меньше, давление на корпус больше, а в средней части корпуса из-за увеличения скорости воды давление меньше (связь давления в жидкости с ее скоростью определяется уравнением Бернулли). На поверхности воды давление равно атмосферному.
Разность в давлениях повышает уровни воды у носа и кормы и понижает уровень в средней части корпуса судна, что выводит воду из равновесия. Стремясь под действием силы тяжести вернуться в первоначальное положение, вода получает колебательное движение, создающее волны двух групп: носовые и кормовые, которые, в свою очередь, состоят из расходящихся и поперечных волн (рис. 2). При небольших скоростях возле судна возникают только расходящиеся волны, а при возрастании скорости — и поперечные. Расходящиеся волны состоят из гребней, смещенных один относительно другого. Если середины этих волн соединить прямой, то она составит с ДП угол а = 18-7-20″, а линия гребня — угол р = 36-40°. При тупых носовых обводах корпуса судна направление гребней волн может иметь угол больший, а при острых носовых обводах и большей скорости. — меньший по сравнению с указанным. Поперечные волны перпендикулярны к ДП судна и ограничены до своему фронту расходящимися волнами.
Рис. 2. Волны судовые.
1 — расходящиеся; 2 — поперечные.
Каждая B.C. обладает одинаковым количеством энергии, поэтому увеличение протяженности гребня компенсируется снижением ее высоты. Постепенно В.с. затухают и исчезают. Наибольшую высоту имеют носовые расходящиеся и кормовые поперечные В.с. Вследствие инерционности жидкости носовые волны зарождаются несколько позади форштевня, а кормовые — впереди ахтерштевня. Носовые волны всегда начинаются с вершины, а кормовые — с подошвы. При определенных высоких скоростях на месте впадины первой кормовой поперечной волны может находиться, например, вершина или подошва носовой поперечной волны, т.е. происходит наложение, или интерференция, волн. С изменением скорости судна изменяется длина волн, а следовательно, и число поперечных волн, которые могут уложиться по длине судна. Если на малых скоростях по длине судна располагается несколько поперечных волн, то при больших скоростях в пределах корпуса может располагаться лишь одна поперечная волна. У быстроходных и коротких судов носовые волны сдвигаются к самой корме. В связи с особенностями волнообразования меняется характер наложения носовых расходящихся волн на кормовые. Если при определенной скорости и длине волны гребень носовой волны налагается на впадину кормовой, то В.с. сглаживаются. Если гребни В.с. совпадают, то последние увеличиваются, что приводит к увеличению сопротивления воды движению судна и уменьшению его скорости.
На волнообразование большое влияние оказывает мелководье. У речных судов влияние мелководья становится заметным, если глубина судового хода снижается примерно до 4-7-кратной осадки судна.
B.C., подходя к берегам, разрушают их. При малых запасах воды под днищем в результате работы движителей дно размывается (поэтому скорость на каналах ограничивается). При приближении к отлогому берегу судна, идущего полным ходом, уровень воды возле берега заметно повышается, причем стоящие около него суда перемещаются по направлению движения подходящего судна и к берегу. Как только судно поравняется со стоящими у берега судами, начинаются отлив воды и резкое понижение ее уровня. Вместе с водой в реку увлекаются стоящие у берега суда, обычно получая при этом сильные рывки, в результате которых могут рваться швартовы, сбиваться трапы и др. После того как судно пройдет мимо, на берег вкатывается большая B.C., иногда с пенистым гребнем, что может вызвать большие разрушения. В некоторых случаях при подходе к месту стоянки какого-либо судна корма стоящего судна начинает удаляться от берега, а нос приближается к нему. Когда проходящее судно поравняется со стоящим, корма последнего начнет подходить к берегу, а нос отклоняться от него. Проходящее судно оказывает аналогичное воздействие и на судно, стоящее на якоре. В результате последнее может быть сорвано с якоря или выброшено на отмель. При подходе одиночного судна по течению или судна с составом влияние B.C. на берега и стоящие суда оказывается несколько меньшим. Для предупреждения аварий суда, проходящие мимо судов, стоящих у берега, должны снижать скорость.