Клапотис - Clapotis

Входящая волна (красная), отраженная от стены, создает исходящую волну (синюю), обе накладываются друг на друга, что приводит к появлению clapotis (черный).

В гидродинамике clapotis (от французского «плеск воды») представляет собой непрерывающуюся модель стоячих волн , вызванную, например, отражением бегущей группы поверхностных волн от почти вертикальной береговой линии, такой как волнолом , дамба или крутой обрыв. . Результирующая клапотическая волна не распространяется горизонтально, а имеет фиксированный узор из узлов и пучностей . Эти волны способствуют эрозии у основания стены и могут нанести серьезный ущерб береговым сооружениям. Этот термин был придуман в 1877 году французским математиком и физиком Жозефом Валентином Буссинеском, который назвал эти волны «le clapotis», что означает «притирка».

В идеализированном случае «полного clapotis», когда чисто монотонная набегающая волна полностью отражается нормально к твердой вертикальной стене, высота стоячей волны в два раза больше высоты приходящих волн на расстоянии одной половины длины волны от стены. В этом случае круговые орбиты частиц воды в глубоководной волне преобразуются в чисто линейное движение с вертикальными скоростями в пучностях и горизонтальными скоростями в узлах. Стоячие волны попеременно поднимаются и опускаются в зеркальном отображении, поскольку кинетическая энергия преобразуется в потенциальную , и наоборот. В 1907 тексте, Корабельная архитектура , Cecil Пибоди описал это явление:

В любой момент профиль водной поверхности подобен трохоидальной волне , но профиль вместо того, чтобы казаться бегущим вправо или влево, вырастет из горизонтальной поверхности, достигнет максимального развития, а затем выровняется до поверхности. снова горизонтально; сразу же сформируется другой профиль волны с гребнями там, где раньше были впадины, он будет расти и сглаживаться и т. д. Если внимание сконцентрировать на определенном гребне, будет видно, что он вырастает до максимальной высоты, угасает и преуспевает в в том же месте впадиной, и интервал времени между последовательными образованиями гребней в данном месте будет таким же, как время одной из составляющих волн.

Связанные явления

Настоящий клапотис встречается очень редко, потому что глубина воды или крутизна берега вряд ли полностью удовлетворят идеализированным требованиям. В более реалистичном случае частичного клапотиса, когда часть энергии приходящей волны рассеивается на берегу, падающая волна отражается менее чем на 100%, и образуется только частичная стоячая волна, когда движения частиц воды имеют эллиптическую форму. Это также может происходить в море между двумя различными волновыми цепями почти одинаковой длины, движущимися в противоположных направлениях, но с разными амплитудами. У частичного клапотиса волновая огибающая содержит некоторые вертикальные движения в узлах.

Когда волновой цуг ударяется о стену под косым углом, отраженный волновой цуг уходит под дополнительным углом, вызывая заштрихованный волновой интерференционный узор, известный как clapotis gaufré («вафельный клапотис»). В этой ситуации отдельные гребни, образованные на пересечении гребней падающей и отраженной волн, движутся параллельно конструкции. Это волновое движение в сочетании с возникающими вихрями может размывать материал с морского дна и переносить его вдоль стены, подрывая конструкцию до тех пор, пока она не разрушится.

Клапотические волны на поверхности моря также излучают в атмосферу инфразвуковые микробаромы и сейсмические сигналы, называемые микросейсмами, передаваемые через дно океана на твердую Землю.

Клапотис называют отравой и удовольствием от морского каякинга .

Смотрите также

Рекомендации

дальнейшее чтение

  • Буссинеск, Дж. (1872). "Теория периодических жидкостей". Mémoires Présentés Par Divers Savants à l'Académie des Sciences . 20 : 509–616.
  • Буссинеск Дж. (1877 г.). "Essai sur la théorie des eaux courantes". Mémoires Présentés Par Divers Savants à l'Académie des Sciences . 23 (1): 1–660.
  • Хайрес, Г. (1960). «Этюд дю клапотис» . La Houille Blanche . 15 (2): 153–63. DOI : 10.1051 / LHB / 1960032 .
  • Leméhauté, B .; Коллинз, JI (1961). Клапотис и отражение волн: приложение к дизайну вертикального волнолома . Отделение гражданского строительства Королевского университета в Кингстоне, Онтарио.

Внешние ссылки