Видозміни хвилювання зі зменшенням глибини

При наближенні хвилі до берега глибина починає спадати, і нарешті розміри хвилі порівняно з глибиною стають вже помітними величинами. Внаслідок цього створюються зовсім інші умови в тому середовищі, де (поширюється хвиля, а отже, видозмінюється і форма хвилі, і в залежності від місцевих умов виходить або прибій різного характеру, або бурун.

Тільки період хвилі залишається незмінним, і завдяки цьому завжди можна визначити ті розміри, які хвиля мала на глибокій воді. Зростання висоти хвилі до убування глибини випливає з наступного міркування. На глибокій воді хвиля володіє деякою живою силою, для кожного, шару води шириною в 1 м і довжиною, що дорівнює довжині хвилі, пропорційної квадрату радіуса орбіти поверхневої частки. При зменшенні глибини убуває знизу.

У міру того як хвилі наближаються до берега і глибина зменшується, зменшується їх довжина і збільшується висота, т. Е. Вони наближаються до циклоїдальних граничній формі, і в той же час в їх нижніх частинах внаслідок тертя об дно сповільнюється рух частинок, чому верхня частина хвилі починає перекидатися, що трапляється близько глибини, що дорівнює висоті хвилі; при цьому верхівка хвилі розсипається пінистим гребенем.

Така зміна форми хвилі хоча і походить від однієї і тієї ж причини, але називається по-різному, залежно від того, де воно трапляється. Якщо розбивання хвилі відбувається у самій берегової лінії, то це буде прибій, якщо ж воно буває на деякому віддаленні від берега над смугою мілин або підводних рифів (іноді абсолютно у відкритому морі), то явище називається буруном.

Прибій, крім того, отримує різний характер в залежності від того, мілин берег або приглубі.

Коли прибій трапляється у пріглубокого берега, круто піднімається з води, то розсипання хвилі відбувається тільки при ударі об берег. При цьому утворюється зворотна хвиля, яка трапляється з наступною за нею і зменшує її силу удару, а потім набігає нова хвиля і знову вдаряє в берег. Такі удари хвиль в разі великої брижах або сильного хвилювання супроводжуються нерідко взбросамі хвиль на значну висоту.

На маяку Белл-Рок в Шотландії прибій, трапляється, дає підкидання до 33 і висотою, а біля стінки хвилерізу з Олдерні, в Англії, бувають взброси до 60 м заввишки.

У Більбао, в Іспанії, на березі океану штормовим прибоєм в 1894 р був перевернутий і скинутий зі свого місця бетонний масив в 1700 т.

У Генуї в 1898 р штормовий прибій розламав хвилелом, причому були зрушені з місця 800-тонні масиви.

Чудовий прибій буває в Коломбо на о. Цейлон при SW мусоні, який розводить в океані велике хвилювання, що приходить в Коломбо з великого простору і глибини.

У Ла-Манші, куди більша хвиля приходить з Атлантичного океану хоча і не так вільно, як в Коломбо, тому що вона пробігає тут досить великий простір по материковій мілині, спостерігається все-таки сильний прибій, наприклад, біля берегів о. Гернсі і в інших місцях.

Для визначення величини тиску, що розвивається прибоєм, англійський інженер Стевенсон побудував динамометр, що складається з майданчика певного розміру, утримуваної пружинами в висунутому положенні; переміщення майданчика всередину під впливом удару хвилі відзначаються приладом. За допомогою динамометра Стевенсон вимірював удари хвиль при підкидання і отримав силу удару, що доходить до 38 т на 1 м2. Встановлюючи два динамометра, один там, де виходить підкидання. а інший за все в 12 м мористее і майже на тій же висоті, Стевенсон визначив, що на більш висунутому в море приладі тиск був в два рази менше, очевидно тому, що маса хвилі не встигла ще придбати тієї швидкості, яку вона отримує при підкидання.

Подібного роду дію хвиль на береги виробляє руйнування їх, і так як тривалість часу, протягом якого берега піддаються такому руйнівній дії хвиль, може бути дуже велика, то і результати руйнування виходять величезні. Наприклад, руйнування хвилями берегів Англії за період часу з 1867 по 1900 р знищило в сумі площа країни, рівну 4,6 км2. Береги Франції в Ла-Манші також безперервно піддаються руйнувань, і протягом останніх 40 років маяк Ла-Ев близько Гавра довелося переносити на нове місце внаслідок руйнування берега. У цих випадках, якщо існує біля берегів досить сильне приливо-отлівноє протягом, що може нести матеріал, що дається руйнуванням берега хвилюванням, то руйнування буде йти швидко; якщо ж таких течій немає, то що обрушилася частина берега створює деяку перешкоду, поки прибій її не знищить.

Якщо хвиля розбивається не у самого берега, а в деякому віддаленні від нього, на мілині або на рифах, то подібне явище називається буруном.

На якій глибині повинні лежати мілини або підводні скелі, щоб на них утворилися буруни, залежить, звичайно, від розмірів хвилювання.

За наявними відомостями, при сильному хвилюванні спостерігалися буруни в різних місцях на наступних глибинах.

Хоча бурун буває при хвилюванні певного розміру, проте, в разі проходження навіть і менших хвиль над місцем, де змінюється глибина, завжди помітно буває збільшення висоти і укорочення довжини хвиль настільки, що для невеликих суден це представляє деяку небезпеку.

Так, наприклад, на околиці Ньюфаундлендської банки помічається зміна характеру хвилювання порівняно з тим, що спостерігається на глибокій воді. Навіть на таких великих глибинах, які є на підводному порозі Уайвілла-Томсона, між Фарерськими островами і Шотландією, т. Е. При глибинах 400-500 м, помічається укорочення хвиль.

Глибина, на якій хвилювання, мабуть, абсолютно не обурює навіть легких частинок мулу, в океані відповідає околиці материкової мілини (200 м).

Штовханина є результат інтерференції хвиль; в цьому випадку утворюються високі, круті хвилі, майже циклоїдальних характеру. Таке явище спостерігається завжди при відображенні хвилювання від берега, від стінки пристані або при зустрічі двох систем хвилювання, наприклад близько видатного в морі мису або в центрі циклону, куди вітри, які прагнуть в центральну область циклону, женуть хвилі з різних сторін, утворюючи там штовханину, досягає особливо великих розмірів в середній області ураганів і тайфунів.

Вплив на хвилювання поширення на поверхні води масла або скупчень дрібних плаваючих предметів. Вплив олії на зміну характеру хвилювання було відомо ще в давнину, а вплив скупчень будь-яких плаваючих тіл було помічено ще Ськоресбі, який спостерігав у полярних країнах вплив скупчень крижаних кристалів, що утворюються на поверхні води при початку замерзання.

Звичайно при вказівці описуваного явища говорять - масло заспокоює хвилювання; це невірно, хвилювання залишається без зміни, заспокоюються тільки гребені хвиль і другорядні, третьорядні і менших розмірів хвилі, існуючі завжди на поверхні головних хвиль; т. е. вітрові хвилі звертаються майже в хвилі брижах з гладкою поверхнею і відсутністю гребенів, зриває вітром. Гребені при великій масі води, їх утворює, становлять небезпеку для судів, так «ак удари гребенів володіють великою живою силою і не тільки можуть змити людей з палуби, а й зруйнувати стоять на ній або висять на шлюпбалках шлюпки, поламати палубні рубки і різні надбудови і т.п.

Масло всякого роду має майже в два рази меншим поверхневий натяг, ніж вода, і набагато більшою в'язкістю. Володіючи в той же час властивістю дуже швидко поширюватися по поверхні води, плівка масла охоплює великий простір і тим успішніше заспокоює гребені і згладжує поверхні хвиль. Дійсно, внаслідок малого поверхневого натягу масла вітер тієї ж сили збуджує на його поверхні набагато менших розмірів капілярні хвилі, і вони не можуть легко наростати і давати хвилі великих розмірів, посилюючи поступово хвилювання. У той же час велика в'язкість масла не дозволяє вітрі оазорвать його шар, хоча він і дуже тонкий, не товще 0,0002 мм, і, отже, масляний шар не дає вітрі зривати гребені хвиль.

Внаслідок тонкощі шару масла, дуже невелика його кількість швидко покриває значну площу моря, наприклад, 50 см3 масла в 20 хв. покривають площу близько 15 000 м2, тому для середньої величини корабля досить близько 3 л олії на годину. Щоб рівномірно виливати настільки невелика кількість масла, вживають наступне простий засіб. Звичайні мішки з-під вугілля, які завжди є на судах, наповнюють добре розпатланою пеньком (шкімушкой), просоченого маслом, на кожен мішок треба літра по 4 масла. За два мішка з кожного борту на кінцях опускають до води, а кінці кріплять на борту. Щоб масло легше поширювалося по воді, в мішках роблять кілька дірок. Час від часу мішки піднімають і доливають в них масла. Останнє може бути будь-якого сорту, але действительнее всього тварини масла (риб'ячий або тюленячий жир), потім рослинні масла; мінеральні масла діють гірше, також і більш густі масла порівняно з рідшими.

Всякі плаваючі предмети в такій кількості, що вони покривають великий простір моря, надають, подібно маслу, вплив на заспокоєння гребенів і другорядних хвиль. Наприклад, скупчення великої кількості водоростей в Саргасовому морі і іноді і в інших місцях океанів впливає на характер хвилювання. У полярних поясах океанів таку ж дію надають плавучі льоди, чому там хвилювання ніколи не досягає великих розмірів.

Описаним властивістю масла можна користуватися, наприклад, при необхідності в свіжу погоду спустити шлюпки для надання допомоги або для сполучення між судами. У цих випадках суду стоятимуть на місці, і масло, поширившись навколо, утворює на поверхні моря велика пляма, всередині якого гребені будуть заспокоєні, і шлюпки НЕ будуть заливатися і захльостує хвиля. При проходженні через буруни шлюпки теж з користю можуть вживати масло, вивішуючи мішок на носі.

Заспокійливий вплив на хвилювання чинить також і дощ, тому що краплі його, володіючи великою інерцією, проникають у верхній шар води як би сторонні тіла і цим самим порушують характер руху поверхневих частинок води і заспокоюють гребені і другорядні хвилі.