Морские волны

Виды волн по способу их формирования

Как мы уже говорили выше, форма волны определяется формой дна, и этот параметр тоже условно делится на несколько категорий. Тип серф-спота – это тип дна и береговой линии, которые обуславливают, как именно образуется волна. Их четыре типа, разберём каждый.

Бичбрейк

Фото спота типа бичбрейк

Так называются волны, которые встают совсем рядом с песчаным пляжем, где пологая отмель. Поскольку песок на дне постоянно немного перемещается, волна встаёт каждый раз по-разному, то правее, то левее. Также, волны могут приходить то правые, то левые, и именно на бичбрейках больше всего закрывашек. Обучение сёрфингу лучше всего начинать на бичбрейке, волны здесь более пологие, кроме того песчаное дно – это безопасно.

Рифбрейк

Фото спота типа рифбрейк

Рифбрейком называют волны, которые образуются над рифом. Риф образует резкую ступеньку перепада высот, и в этом месте вырастает резкая волна. Иногда на дне может быть не риф, а каменная плита, но суть не меняется, поэтому волны над каменным дном относят к тому же типу. Особенность этих спотов, что волна встаёт всегда в одном и том же месте, и всегда одинаковая по форме. Волны на рифбрейках резкие и могут трубиться.

Пойнтбрейк

Фото спота типа пойнтбрейк

Этот тип волны определяется не столько строением дна, сколько формой береговой линии. Выдающийся в океан камень или скала служат препятствием, о которое разбивается волна, и дальше она закрывается вдоль препятствия. Посмотрите на картинку, все станет понятно. Пойнтбрейки бывают пологие и резкие, но главное – это всегда очень длинные волны.

Ривер-маус

Фото спота типа ривермаус

По-русски river mouth – это устье реки. Волны этого типа проще всего идентифицировать именно по реке, впадающей в океан напротив серф-спота. Суть в том, что вода из реки играет роль препятствия, примерно, как у пойнтбрейка, просто её не видно. Плюс, на дне чаще всего песок, который тоже намывает река, формируя отмель особой формы. Волны типа ривер-маус часто бывают длинные и довольно резкие.

Земное применение

Микроволновая печь

Главное преимущество микроволновой печи — прогрев со временем продуктов по всему объему, а не только с поверхности.

Микроволновое излучение, имея большую длину волны, глубже инфракрасного проникает под поверхность продуктов. Внутри продуктов электромагнитные колебания возбуждают вращательные уровни молекул воды, движение которых в основном и вызывает нагрев пищи. Таким образом происходит микроволновая (СВЧ) сушка продуктов, размораживание, приготовление и разогрев. Также переменные электрические токи возбуждают токи высокой частоты. Эти токи могут возникать в веществах, где присутствуют подвижные заряженные частицы.

А вот острые и тонкие металлические предметы в микроволновую печь помещать нельзя (это особенно касается посуды с напыленными металлическими украшениями под серебро и золото). Даже тонкое колечко позолоты по краю тарелки может вызвать мощный электрический разряд, который повредит устройство, создающее электромагнитную волну в печи (магнетрон, клистрон).

Сотовый телефон

Принцип действия сотовой телефонии основан на использовании радиоканала (в микроволновом диапазоне) для связи между абонентом и одной из базовых станций. Между базовыми станциями информация передается, как правило, по цифровым кабельным сетям.

Радиус действия базовой станции — размер соты — от нескольких десятков до нескольких тысяч метров. Он зависит от ландшафта и от мощности сигнала, которую подбирают так, чтобы в одной соте было не слишком много активных абонентов.

В стандарте GSM одна базовая станция может обеспечивать не более 8 телефонных разговоров одновременно. На массовых мероприятиях и при стихийных бедствиях количество звонящих абонентов резко увеличивается, это перегружает базовые станции и приводит к перебоям с сотовой связью. На такие случаи у сотовых операторов есть мобильные базовые станции, которые могут быть оперативно доставлены в район большого скопления народа.

Много споров вызывает вопрос о возможном вреде микроволнового излучения сотовых телефонов. Во время разговора передатчик находится в непосредственной близости от головы человека. Многократно проводившиеся исследования пока не смогли достоверно зарегистрировать негативного воздействия радиоизлучения сотовых телефонов на здоровье. Хотя полностью исключить воздействие слабого микроволнового излучения на ткани организма нельзя, оснований для серьезного беспокойства нет.

Телевизор

Передача телевизионного изображения ведется на метровых и дециметровых волнах. Каждый кадр разбивается на строки, вдоль которых определенным образом меняется яркость.

Передатчик телевизионной станции постоянно выдает в эфир радиосигнал строго фиксированной частоты, она называется несущей частотой. Под нее подстраивается приемный контур телевизора — в нем на нужной частоте возникает резонанс, позволяющий уловить слабые электромагнитные колебания. Информация об изображении передается амплитудой колебаний: большая амплитуда — высокая яркость, низкая амплитуда — темный участок изображения. Этот принцип называется амплитудной модуляцией. Аналогичным образом передается звук радиостанциями (кроме FM-станций).

С переходом к цифровому телевидению правила кодирования изображения меняются, но сам принцип несущей частоты и ее модуляции сохраняется.

Спутниковая тарелка

Параболическая антенна для приема сигнала с геостационарного спутника в микроволновом и УКВ-диапазонах. Принцип действия такой же, как у , но тарелку не требуется делать подвижной. В момент монтажа ее направляют на спутник, который всегда остается на одном месте относительно земных сооружений.

Это достигается за счет вывода спутника на геостационарную орбиту высотой около 36 тыс. км над экватором Земли. Период обращения по этой орбите в точности равен периоду вращения Земли вокруг своей оси относительно звезд — 23 часа 56 минут 4 секунды. Размер тарелки зависит от мощности спутникового передатчика и его диаграммы направленности. У каждого спутника есть основной район обслуживания, где его сигналы принимаются тарелкой диаметром 50–100 см, и периферийная зона, где сигнал быстро слабеет и для его приема может потребоваться антенна до 2–3 м.

Звук.

Звуковыми волнами в широком смысле называются всякие волны, распространяющиеся в упругой среде. В узком смысле звуком называют звуковые волны в диапазоне частот от 16 Гц до 20 кГц, воспринимаемые человеческим ухом. Ниже этого диапазона лежит область инфразвука, выше — область ультразвука.

К основным характеристикам звука относятся громкость и высота.
Громкость звука определяется амплитудой колебаний давления в звуковой волне и измеряется в специальных единицах -децибелах (дБ). Так, громкость 0 дБ является порогом слышимости, 10 дБ — тиканье часов, 50 дБ — обычный разговор, 80 дБ — крик, 130 дБ — верхняя граница слышимости (так называемый болевой порог).

Тон — это звук, который издаёт тело, совершающее гармонические колебания (например, камертон или струна). Высота тона определяется частотой этих колебаний: чем выше частота, тем выше нам кажется звук. Так, натягивая струну, мы увеличиваем частоту её колебаний и, соответственно, высоту звука.

Скорость звука в разных средах различна: чем более упругой является среда, тем быстрее в ней распространяется звук. В жидкостях скорость звука больше, чем в газах, а в твёрдых телах — больше, чем в жидкостях.
Например, скорость звука в воздухе при равна примерно 340 м/с (её удобно запомнить как «треть километра в секунду»)*. В воде звук распространяется со скоростью около 1500 м/с, а в стали — около 5000 м/с.
Заметим, что частота звука от данного источника во всех средах одна и та же: частицы среды совершают вынужденные колебания с частотой источника звука. Согласно формуле (1) заключаем тогда, что при переходе из одной среды в другую наряду со скоростью звука изменяется длина звуковой волны.

Какие из самых больших волн предсказывать труднее всего

Максимально сложно узнать, когда появится волна от оползня или в результате сложения энергии других волн. Другими словами, волны-убийцы и цунами, образованные оползнями, до сих пор трудно предугадывать. Ученые сосредотачиваются не на высоте, а на степени опасности. Конечно, эти 2 пункта зависят друг от друга

Но важно не забывать, что максимально опасны те волны, которые обладают большой скоростью движения. Сложность внедрения новых технологий заключается не только в необходимости их разработки и тестирования

Каждая разработка проходит этап проекта, запуска, тестирования и только потом может быть реализована для штатного режима работы. Минимальный период времени исчисляется 5 годами. Чтобы внедрить разработку, нужно получить разрешение действующих государственных структур. Увы, но многие современные системы оповещения о надвигающихся угрозах со стороны океана до сих пор несовершенны. Например, средиземноморская система срабатывает только при подводных землетрясениях, имеющих магнитуду выше 6,5.

Если показатель будет ниже, сработает только предупреждение. Естественно, что такой метод максимально неэффективен. Причина использования данного метода кроется в простоте.

Даже самые совершенные схемы на порядок сложнее, поэтому многие государства на Средиземном море до сих пор от него не отказались. Сейчас ученым приходится буквально выискивать сведения о волнах-убийцах по всему миру, изучая видео из YouTube, газетные материалы, сообщения от людей.

Большая опасность, которую несут с собой волны-убийцы, заключается в огромной мощи, обрушивающейся на суда, бороздящие океаны. Ярким примером стала «атака» такой волны на лайнер «Микеланджело». Ее максимальная высота к моменту удара достигла 20 м, судну были нанесены повреждения носа и борта. Многие люди получили ранения, двое оказались за бортом. Далеко не факт, что будут реализованы проекты, позволяющие судам защититься от волн-убийц, так как последние появляются довольно редко, что делает создание необходимой для защиты конструкции коммерчески невыгодным делом. Но океан таит много опасностей, самые страшные из которых уже известны. Нужно только внедрять оборудование, позволяющее отслеживать те же волны-убийцы, чтобы экипаж максимально быстро мог принять решение, способное спасти судно от удара.

Классификации волн[править | править код]

Имеется множество классификаций волн, различающиеся по своей физической природе, по конкретному механизму распространения, по среде распространения и т.п.

Волны можно классифицировать:

• Океанские поверхностные волны, которые являются волнениями, которые образуются посредством воды;
• Звук — механическая волна, которая образуется в газах, жидкости, в средах с твердыми частицами и плазме;

По отношению к направлению колебаний частиц среды, в которой распространяется волна, выделяют:

продольные волны (волны сжатия, P-волны) — волна распространяется параллельно колебаниям частиц среды (звук); поперечные волны (волны сдвига, S-волны) — частицы среды колеблются перпендикулярно направлению распространения волны (электромагнитные волны, волны на поверхностях разделения сред); волны смешанного типа. По виду фронта волны (поверхности равных фаз): плоская волна — плоскости фаз перпендикулярны направлению распространения волны; сферическая волна — поверхностью фаз является сфера;

Продольные волны: Поперечные волны: а) плоская; а) плоская; б) сферическая. б) сферическая.

Рис.1. A = в глубоководном месте; B = в мелкой воде; Краткое движение поверхностной частицы становится более плоским с уменьшающейся глубиной. 1 = Прогрессия волны; 2 = Гребень; *3 = Корыто.

На Рис.1 показаны периодические волны, которые характеризуются гребнями (максимумы) и впадинами (минимумами), и могут обычно категоризироваться как или продольные или поперечные.

Поперечные волны — волны с напрвлением колебаний, перпендикулярным к вектору распространения волны; примером служат волны в области электромагнитных волн. *Продольные волны — те, крторые имеют колебания, параллельные вектору распространения волны; например, большинство звуковых волн.

Когда объект подпрыгивает на ряби в водоёме, то вектор движения точек волны происходит по орбитальной траектории. Появляющаяся рябь — не простые поперечные синусоидальные волны.

Все волны имеют общее поведение со множеством стандартных ситуаций.

По демонстрируемым волнами физическим проявлениям их можно разделить на:

• линейные волны — волны с небольшой амплитудой, свойства которых описываются простыми линейными зависимостями;

По постоянству во времени различают:

одиночная волна — короткое одиночное возмущение (солитоны);

волновой пакет — это ряд возмущений, ограниченных во времени с перерывами между ними. Одно беспрерывное возмущение такого ряда называется цуг волн. В теории волновой пакет описывается как сумма всевозможных плоских волн, взятых с определёнными весами. В случае нелинейных волн, форма огибающей волнового пакета эволюционирует с течением времени;

• Подобно сложным колебаниям, волновые цуги и негармонические волны могут быть представлены в виде суммы (суперпозиции) синусоидальных волн разных частот. Когда фазовые скорости всех этих волн одинаковы, то вся их группа (волновой пакет) движется с одной скоростью.
• Если же фазовая скорость волны зависит от её частоты w, наблюдается дисперсия – волны различных частот идут с разной скоростью. Нормальная, или отрицательная дисперсия тем больше, чем выше частота волны. За счёт дисперсии, например, луч белого света в призме разлагается в спектр, в каплях воды – в радугу. Волновой пакет, который можно представить как набор гармонических волн, лежащих в диапазоне w0 ± Dw, из-за дисперсии расплывается. Его форма – огибающая амплитуд компонент цуга – искажается, но перемещается в пространстве со скоростью vгр, называемой групповой скоростью. Если при распространении волнового пакета максимумы волн, его составляющих, движутся быстрее огибающей, фазовая скорость сигнала выше групповой: сф > vгр. При этом в хвостовой части пакета за счёт сложения волн возникают все новые максимумы, которые передвигаются вперёд и пропадают в его головной части. Примером нормальной дисперсии служат среды, прозрачные для света – стёкла и жидкости.
• В ряде случаев наблюдается также аномальная (положительная) дисперсия среды, при которой групповая скорость превышает фазовую: vгр > сф, причём возможна ситуация, когда эти скорости направлены в противоположные стороны. Максимумы волн появляются в головной части пакета, перемещаются назад и исчезают в его хвосте.

Характеристики волны[править | править код]

Временна́я и пространственная периодичностиправить | править код

• временну́ю периодичность — скорость изменения фазы с течением времени в какой-то заданной точке, называемую частотой волны  ;
• пространственную периодичность — скорость изменения фазы в определённый момент времени с изменением координаты — длина волны .

Где: c — скорость распространения волны в данной среде.

Строго говоря, это равенство справедливо только для гармоничных волн.

Интенсивность волныправить | править код

Но для количественной характеристики переносимой волной энергии используется вектор плотности потока энергии . Его направление совпадает с направлением переноса энергии, а абсолютная величина равна количеству энергии, переносимой волной за единицу времени через единичную площадку, перпендикулярную направлению вектора. При небольших амплитудах:

      где — амплитуда; — коэффициент пропорциональности, зависящий от природы волны и свойств среды, где эта волна распространяется.