Волны на поверхности воды

Волны на поверхности воды — есть совокупное колебание частиц поверхностной массы воды под действием внешней силы: ветра, прилива, подводного землетрясения, идущего теплохода и др. Линия, на которой лежат все точки вершины одного гребня, называется фронтом волны (Фронт волны только на небольшом расстоянии может быть изображен прямой линией; обычно это плавная кривая.).

Рис. 19.8. Элементы волны

Рис. 19.9. Структура обычных волн (вид сверху)

Рис. 19.10. Параметры волны

Параметры волны (по поперечному срезу):

h — высота (Как видно из рисунка 19.9 (вид волн сверху) высота волны h вдоль ее фронта не одинакова и колеблется от hmin до hmax.); λ — длина; — крутизна; С — скорость движения; N° — угол между вектором скорости С и направлением на N (север); τ — период, т. е. время, за которое волна проходит свою длину.

К параметрам волны можно отнести и форму ее поперечного среза, например:

Можно выделить тип волн под названием: «толчея», которая получается при встрече волн примерно одинаковой высоты, но идущих с разных направлений. В толчее больших волн управление судами (в т. ч. яхтами) затруднительно.

«Мертвая зыбь» имеет гладкую пологую (гармоническую) форму волн, обычно большой длины (λ) и случается в штиль. Это волнение по инерции, когда ветра уже нет. Мертвая зыбь может быть волнами, вслед за которыми придет шторм.

Волны обладают свойствами:

• отражаются от препятствий (угол падения равен углу отражения);
• накладываться друг на друга: отраженная волна на основную или от разных источников;
• сохранение инерции в течение некоторого времени (силы, вызвавшие волны прекратили действовать, а волны продолжают свой бег);
• волны, вызванные действием ветра не всегда движутся по направлению ветра. Ветер может изменить свое направление, а волны будут двигаться как прежде (снова инерция);
• на мелководье, где глубина меньше длины волны, изменяется форма волны, уменьшается ее длина (λ) и увеличивается скорость (с) и высота (h), но период (τ) остается прежним;
• плавающие водоросли, сильный дождь, мелкий лед, разлитое масло сглаживают волны.

Во время плавания на яхте параметры волны (h и λ) определяют глазомерно. Величину τ можно замерить бросив лист бумаги в воду и пустив секундомер в момент появления листа на вершине гребня. Секундомер останавливают на 11-м появлении листа на вершине гребня и получают время t = 10τ. Зная τ и λ можно вычислить скорость движения волны C=λ/τ.

Другие формулы вычислений дают:

С_м/с = 0,65 × τ_с² (или С_узл = 3 × τ_с)

или

С_м/с = 1,2√λ_м; λ_м = 1,56 × τ_с²;

(при шторме ).

Для внутренних водоемов, где разбег волн всего несколько километров и преобладает крутая волна пользуются формулой:

λ_м = τ_с².

Приведенные формулы приблизительны и справедливы для волн средней величины на момент их наблюдения.

Каждый яхтсмен в плавании имеет дело с ветром и волнами. Все эти составляющие влияют на ход яхты и могут не только способствовать ее продвижению, но и оказывать вредное действие. Задача яхтсмена выделить вредные факторы и свести их влияние к минимуму, если их не удается избежать (например обойти) и, в то же время, желательно воспользоваться в полной мере их полезными составляющими. Это имеет место и при плавании на волнении.

1. При встречном волнении, особенно, когда крутая волна и длина ее 1 ÷ 1,5 длины яхты, очень важно выбирать гладкие участки воды (это возможно! См. структуру волн вид сверху) и не направлять яхту точно против набегающей волны — будет мощный удар, останавливающий яхту. Лучше волне подставлять скулу и дать яхте мягко взойти на гребень, а затем немного увалить. Таким образом, яхта будет идти среди волн зигзагом, выбирая гладкие участки, приводясь и уклоняясь от резких ударов и даже ускоряясь, несколько уваливая при сходе с гребня в ложбину. Путь яхты несколько удлинится, но потери времени на переход будут минимальны.
2. А. При попутном или боковом волнении управление яхтой доставляет удовольствие. Набегающий гребень (его лучше встречать с бакштага) подхватывает яхту и увлекает своим склоном вперед и ускоряет ее. Возникает ощущение полета, которое можно продлевать, правильно выбирая место для прохода гребня впереди идущей волны, на которой вновь можно получить ускорение и т. д. Вновь яхта будет идти зигзагообразным удлиненным путем, но в этом случае за счет существенного прироста скорости выигрыш будет очень ощутим.
   Б. Если же ход яхты опережает бег волн, следует изменять направление движения яхты так, чтобы она не упиралась в очередную гору воды, но пошла бы наискось скользя вдоль нее и была бы вновь подхвачена волной. Удлинившийся путь компенсируется с избытком возросшей скоростью хода яхты. Во всех случаях при сходе с гребня несколько уваливают, а при восхождении приводятся.

Описанные взаимодействия яхты с волнами быстро приучают рулевого к автоматизму управления. Это удивительно, но факт!