Волны на мелководье. Мы уже

отмечали, что, приближаясь на мелководье к берегу, волна становится короче и выше, при этом верхняя часть гребня резко смещается вперед по ходу волны. В результате волна немедленно разрушается, производя шум, обильную пену, множество брызг. Все это нетрудно объяснить с физической точки зрения.

Как известно, на мелкой воде скорость волны определяется формулой (14.2). Из нее следует, что по мере уменьшения глубины Н, т. е. по мере приближения волны к линии берега, скорость волны уменьшается. Это означает, что уменьшается кинетическая энергия волны. Уменьшение происходит за счет частичного превращения кинетической энергии в теплоту (в результате внутреннего трения в воде и трения воды о поверхность дна), а также за счет некоторого увеличения потенциальной энергии волны. Последнее как раз и связано с ростом высоты волн. Одновременно с ростом высоты наблюдается сокращение длины волн, что следует непосредственно из соотношения

K=vT=T/iir. (14.4)

где Т - период волны, v - ее скорость, определяемая по формуле (14.2).

В движении волны на мелководье участвует вся масса воды - от поверхности до дна. В этом случае становится существенным трение воды о дно. Оно приводит к тому, что нижние слои воды (придонные слои) сильно затормаживаются и не успевают за верхними слоями. Именно поэтому гребень волны утрачивает симметричную форму, характерную для волн на глубокой воде.

Нетрудно объяснить также тот факт, что вблизи берега волны ориентируются, как правило, параллельно береговой линии. Это связано с рефракцией волн на мелководье - явлением оптической и акустической рефракции. Рисунок 14.13 поясняет, в чем заключается рефракция волн. Прямая - фронт идущей к берегу волны, рассматриваемый в некоторый момент времени. Выберем две точки на этом фронте. Правая точка находится на более глубоком месте, чем левая, поэтому скорость движения фронта вблизи первой

точки выше, чем вблизи второй. В результате происходит рефракция- фронт волны искривляется, принимая форму пунктирной линии, которая копирует форму береговой линии.

Рифели. В заключение отметим одно интересное явление, наблюдаемое на песчаном мелководье при слабом волнении. Дно покрывается множеством застывших песчаных волн, образующих довольно регулярные ряды, ориентированные параллельно берегу; эти неподвижные волны называют ри-фелями. На рисунке 14.14,а показана картина рифелей на морском дне, сфотографированная во время отлива.

На первый взгляд образование рифелей может показаться странным. Перемещающиеся на мелководье водные массы совершают попеременно движения к берегу и от берега. Двигаясь к берегу, вода увлекает песчинки поверхности дна вперед, а двигаясь от берега, она увлекает их назад. Казалось бы, результат одного движения должен уничтожаться

встречным движением. Откуда же берутся рифели?

Предположим, что горизонтальный поток воды, распространяющийся вместе с волной, скажем, слева направо, встречает небольшую песчаную горку - зародыш будущего рифеля. На левый склон зародившегося рифеля вода принесет песчинки, которые она увлекает за собой благодаря трению. В то же время над правым склоном рифеля возникает водяное завихрение, аналогичное воздушному завихрению, изображенному на рисунке 14.11,6. Это завихрение будет наметать песчинки со стороны правого склона к вершине рифеля. Таким образом, рифель будет расти как слева, так и справа. При этом, как легко видеть из рисунка 14.14,6, он должен приобретать асимметричный профиль. Но вот волна движется назад - справа налево. Теперь правая сторона рифеля будет расти за счет песчинок, увлекаемых завихрением. В результате профиль сформировавшихся рифелей оказывается не асимметричным, а таким, как он показан на рисунке 14.14,в.

глава

Вздымаются волны как горы И к тверди возносятся звездной, И с ужасом падают взоры В мгновенно разрытые бездны...

А. К. Толстой

нашествие волн