Главная Движущие cилы в атмосферe 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 [ 48 ] 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 Я поднимал его за узел и раскачивал в воздухе; при этом вода сохраняла свое положение в стакане столь же неизменно, как если бы она была льдом. Но, налив осторожно на воду приблизительно столько же масла, и затем снова, как и раньше, раскачав стакан в воздухе, я обнаружил, что спокойствие, которым раньше обладала вода, переместилось к поверхности масла, а в воде под ним возникли такие же волнения, что и на море. Возможно, первым объяснением этого океанического явления в терминах внутренних волн было объяснение Бьеркнесса мертвой воды , до тех пор непонятного эффекта, состоящего в том, что корабли в некоторых прибрежных водах были неспособны сохранять свою нормальную скорость. Экман [185] ссылается на множество наблюдений этого явления, вплоть до замечаний Плиния Старшего, который рассказывал, что этот эффект приписывали либо моллюскам, либо особому виду рыб, которые прикреплялись к килю. В предисловии к работе Экмана [185, с. HI] Бьеркиесс писал: Настоящее исследование мертвой воды было вызвано письмом в ноябре 1898 г. от проф. Нансена, спрашивающего моего мнения относительно данного явления. В моем ответе проф. Нансену я отмечал, что если слой пресной воды лежР1т поверх соленой, то корабль не только производит обыкновенные видимые волны на границе между водой и воздухом, но будет также порождать невидимые волны на границе соленой и несоленой воды; я предполагаю, что огромное сопротивление, испытываемое кораблем, обусловлено работой, затраченной на порождение этих невидимых волн. Экман обосновал эту точку зрения обширными лабораторными экспериментами, приводя фотографии своих экспериментов (пример показан на рис. 6.2, б) и гладких областей позади кораблей ( слики ). На рис. 6.2, а показано такое явление, наблюдаемое в Британской Колумбии, где пресная вода, поступающая из устья реки, составляет относительно легкий верхний слой над более тяжелой соленой водой. Внутренние волны на поверхности раздела сопровождаются горизонтальными движениями на поверхности воды, которые взаимодействуют с рябью и, таким образом, становятся наблюдаемыми. Движение поверхности раздела, которое соответствует этой ситуации, можно увидеть в лабораторном эксперименте Экмана (рис. 6.2,6). Красивая демонстрация заснята также на кинопленке [585]. Главный результат этого раздела состоит в том, что движение может быть представлено в терминах двух нормальных мод, и для каждой моды г удовлетворяет волновому уравнению (6.2.12), т. е. тому же самому уравнению, что и для однородной жидкости (но с другим временным масштабом). Таким образом, результаты гл. 5 для движения мелкой воды применимы и к Рис. 6.2. (а) Поверхностные слики, показывающие наличие вн.утренних волн в спутной струе корабля в Быоит-Инлет, Британская Колумбия. Судно перемещалось со скоростью 0,5 м/с в поверхиостяом слое почти пресной воды, глубина которого немного больше, чем 3,4 м осадки судна. Внутренние волны вызывают горизонтальное движение иа поверхности, которое воздействует на картину ряби и поэтому делает картину внутренней волны видимой иа поверхности в условиях безветрия. (Фото любезно предоставлено Defence Research Establishment Pacific, Виктория, Британская Колумбия.) (б) Лабораторный эксперимент (Экмаи, 1904), показывающий внутренние волны, вызываемые моделью корабля. Резервуар заполнен двумя жидкостями с различной плотностью, более тяжелая окрашена, чтобы сделать поверхность раздела ясно видимой. Модель корабля (надпалубные сооружения Фрама были нарисованы впоследствии) движется справа налево, вызывая спутную волну иа поверхности раздела. двухслойной системе. Например, на рис. 6.3 показана структура набегающих волн, связанных с двумя различными модами, в частном случае. Значение g/g выбрано малым, но все-таки гораздо большим, чем для океана. Это сделано для того, чтобы определенные особенности, свойственные внутреннему движению были бы видны на диаграмме, а именно незначительная разница Фааадая скорость {д/нУ* Фо(завая скорость 0,14 (у /)* Рис. 6.3. Конфигурация слоев в двухслойной системе для баротропной (я) и бароклинной (б) волн, распространяющихся слева направо. Для показываемого случая нижний слой в три раза глубже, чем верхний, и имеет плотность на 10 % больто.. Также показаны направления потока в ложбинах и на гребнях и относительные скорости двух слоев в этих точках. в скоростях между двумя слоями в баротропной моде движения и движение свободной поверхности, связанное с бароклинной модой. В океане движение свободной поверхности, связанное с бароклинной модой, составляет только около 1/400 движения поверхности раздела, но этого все-таки достаточно, чтобы ба--роклинные движения можно было обнаружить по изменению уровня моря [876]. На рис. 6.3 показаны пространственные изменения набегающих внутренних волн в фиксированный момент времени, однако изменение во времени в фиксированной точке имеет такой же характер. Для сравнения на рис. 6.4 показаны одновременные наблюдения [439] двил<ения изотермы в трех точках, отстоящих друг от друга на расстояние около 170 м, дающие таким обра-.зом информацию об изменениях как в пространстве, так и во |
© 2011 - 2024 www.taginvest.ru
Копирование материалов запрещено |