Rambler's Top100 фл.семафором циклон

исполнить цепочку-на главную в кубрик-на 1 стр.
  • главная
  • астрономия
  • гидрометеорология
  • имена на карте
  • судомоделизм
  • навигация
  • устройство НК
  • памятники
  • морпесни
  • морпрактика
  • протокол
  • сокровищница
  • флаги
  • семафор
  • традиции
  • морвузы
  • моравиация
  • мороружие
  • словарик
  • кают-компания



  • Связь приливных волн и океанических течений

    © Владимир Ерашов




    Мы уже рассматривали вопрос о влиянии приливных волн на течения в океане в работе [7]. Где доказали существование такого влияния. Но это как оказалось всего лишь частный случай. В этой работе мы хотим снова вернуться к этому вопросу, но рассмотреть совершенно другой механизм влияния не охваченный первой работой. Для чего затронем теорию самого колебательного процесса.

    Маятниковые волны

    Вначале о маятниковых колебаниях. Теория таковых разработана на все случаи жизни и вряд ли нам удастся добавить что-то новое. Сразу оговоримся, а мы и не будем пытаться это сделать. Просто рассмотрим один частный случай: физическое тело под действием собственного веса колеблется (скользит туда сюда) около положения равновесия по внутренней дуговой поверхности (см. Рис1), иначе говоря по желобу.


    Связь приливных волн и океанических течений

    Колебания данного тела будут описываться законами физического маятника. Мы не будем рассматривать эти законы, они есть в любом учебнике физики. Нас интересует другой момент: а можно ли абстрактное физическое тело заменить жидким. А почему бы и нет, нужно только начальный импульс приложить ко всем частицам жидкости одновременно с одинаковой силой и в одном направлении, например, качнуть дуговую поверхность. Да, чтобы жидкость не разлилась, мы должны были спереди и сзади желобу нарастить борта. В жизни каждый человек такие колебания видел многократно, когда нес тарелку с борщом, ведра с водой, чашку с чаем и так далее и тому подобное. Читатель может воскликнуть: “Да, конечно, но какая же здесь наука, все просто и обыденно”. Вот и ученые так посчитали, и никто такой обыденщиной не стал заниматься. А, оказывается, даже в таких простых вещах есть много интересного и для ученого. Когда колеблется жидкость это уже волна, а рассмотренный нами случай не подпадает ни под поперечные ни под продольные волны. Вот и получается, в жизни такие волны есть, напомним, возмущающая сила действует на все частицы жидкости одновременно, однонаправлено и с одинаковой силой, а в науке их нет. По этой причине нам пришлось ввести понятие маятниковые волны.

    Маятниковые волны – это колебания жидкости в ограниченном поверхностью объеме под действием возмущающей силы, действующей на все частицы жидкости одновременно, однонаправлено и с одинаковой силой.

    Чем же примечательны такие волны? А тем, что данные колебательные движения жидкости очень легко превращаются в поступательное движение, они как бы и состоят из поступательного движения жидкости, только переменного направления. Вот еще один пример маятниковых волн. Нальем в шланг жидкости (желательно для наглядности в прозрачный), концы шланга поднимем вверх, чтобы жидкость не вытекла, поддернем один конец шланга резко вверх, жидкость начнет колебаться. Вот вам и маятниковые волны. Если бы взять шланг очень длинный и большого диаметра, налить в него воды, и несколько суток понаблюдать за ним, то мы в этом шланге должны обнаружить маятниковые волны, вызванные притяжением Луны и вращением Земли, как говорят вызванные приливными силами. Что это так, убедимся, рассмотрев схему (Рис2).

    Связь приливных волн и океанических течений

    На схеме показан шланг с водой и направление действия силы притяжения Луны во время восхода из-за горизонта. Если пренебречь длинной самого шланга, которая бесконечно мала по сравнению с расстоянием до Луны, сила притяжения Луны действует на все молекулы воды одинаково. Вода под действием силы притяжения сдвинется навстречу к Луне, уровень в близлежащей к Луне ветви шланга поднимется, а в отдаленной опустится. Мы получили прилив в одной ветви шланга, и отлив в другой. Обратите внимание прилив и отлив происходят одновременно, объем жидкости меняться не может, жидкость несжимаемая. По мере того как Луна поднимается над горизонтом, проекция горизонтальной составляющей силы притяжения уменьшается, а вертикальная растет. Но вертикальная составляющая даже в верхней точке гораздо меньше силы притяжения Земли, поднять воду она не может. И если считать удаленность концов шланга от Луны практически одинаковой, то вертикальная составляющая на движение воды в шланге существенно не влияет. В момент захода Луны за горизонт, горизонтальная составляющая силы притяжения Луны опять достигает максимального значения, но в обратном направлении. Под действием этой силы вода в шланге качнется в обратную сторону, прилив и отлив поменяются местами. Чтобы более точно определить движение воды в шланге мы должны будем еще высчитать частоту собственных колебаний водяного маятника. Теоретически может возникнуть три ситуации:

    1. Частота собственных колебаний больше частоты действия возмущающей силы, в данном случае коей является горизонтальная составляющая силы притяжения Луны.
    2. Частота собственных колебаний совпадает с частотой возмущающей силы.
    3. Частота собственных колебаний меньше частоты возмущающей силы.

    Далее отметим, чем длиннее шланг, тем частота собственных колебаний водяного маятника меньше, а размах колебаний больше, это связано с увеличением массы воды, а следовательно ее кинетической энергии, при той же скорости. Эта энергия переходит в потенциальную энергию, которая будет определяться разностью уровней воды в ветвях шланга. Трением пока пренебрегаем.

    Рассмотрим процесс колебания маятниковой волны, приняв условие, что в момент восхода Луны вода в шланге находилась в состоянии покоя. Далее под действием силы притяжения Луны уровень в восточной ветви шланга начнет расти, а в западной падать. В какой момент времени рост уровня в восточной шланга части прекратиться, сказать точно нельзя, все зависит от параметров шланга. Можно точно сказать, что при нахождении Луны в зените, суммарная энергия волны-маятника будет больше нуля, следовательно, при переходе в западную ветвь волна увеличит размах уровней, иначе говоря, западная приливная волна мощнее восточной. Далее Луна уходит за горизонт, и когда снова восходит, маятник повторит колебания, но уже не с нуля. Но у нас есть все основания утверждать, что западная приливная волна так и останется мощнее восточной, хотя бы потому, что, двигаясь с запада на восток за горизонтом, Луна на целый земной диаметр дальше от волны-маятника. Следовательно, сила ее притяжения в эти пол оборота будет слабее, чем в пол оборота от восхода до заката. Еще нужно учитывать, что вертикальная составляющая лунного притяжения восточную часть прилива приподнимает после максимума горизонтальной силы, а западную вдавливает, способствуя ее растеканию.

    На Рис.4 шланг вообще преобразован в открытую емкость или океан и мы утверждаем, что приливные колебания в океане под действием силы притяжения Луны, если отбросить эффекты второго порядка малости, походят на колебания воды в ведре под действием периодической горизонтальной силы. Сделать такое утверждение нам позволяют законы гидродинамики, которые от размеров емкости не зависят.

    На рисунке видно, как маятниковая волна в какой-то точке пересекает линию горизонта. Т.е. при маятниковых колебаниях волны, должна быть точка, где уровень ее не меняется. Такие точки в реальном океане давно известны и называются они амфидромическими. Но до нас никто не объяснил их причину появления. Сделаем оговорку, кроме маятниковых колебаний в реальных приливах в той или иной степени присутствует и поперечная волна, но присутствие маятниковых колебаний значительно весомей.


    Связь приливных волн и океанических течений

    Рассмотрим случай, если маятниковой волне встречается препятствие, расположенное под углом к вектору скорости (см. Рис.4.). Имеется в виду, что наблюдатель находится сверху над волной, т.е. поверхность океана лежит в плоскости листа. Наклонный берег отразит маятниковую волну в сторону. Преобразование кинетической энергии в потенциальную энергию не произойдет, или произойдет в очень малой степени. Представьте себе, что мы струю воды направили в стену, не перпендикулярно поверхности стены, а под углом. Нечто подобное произойдет и с маятниковой волной, потому что маятниковая волна – это и есть струя воды. Можно сказать, что маятниковая волна превратилась в течение.


    Связь приливных волн и океанических течений

    Если быть более точным, то какая-то часть маятниковой волны превратится в поперечную волну, но эта часть относительно небольшая. Таким образом, мы с вами пришли к заключению, что океанические течения – это результат деятельности приливных сил, которые через маятниковые волны течения создают.

    Подведем краткий итог всему выше изложенному. В природе помимо продольных и поперечных жидкостных волн существуют маятниковые волны. Эти волны легко превращаются в течения. На поверхности водоема (и океана в том числе) всегда есть точка или область где при колебании маятниковых волн уровень не меняется.

    Приливные течения

    Если маятниковая волна приходит не перпендикулярно берегу, а под острым углом, она создаст течение ( как теннисная ракетка, в какую сторону ее повернешь, в ту и полетит шарик). Вот почему приливы создают течения вдоль побережья океанов, берег отражает набежавшую волну в ту же сторону, куда имеет наклон и сам. Очень большой и продолжительный наклон имеет восточное побережье Южной Америки по обе стороны от экватора, наклон повернут к Северному полушарию, туда и текут теплые воды, которые, в конечном счете, обогревают Западную Европу. Приливные волны Атлантического океана у берегов Канады создают Лабрадорское течение, направленное на юг. Приливы Индийского океана у берегов Сомали создает южное течение, но летом, когда дуют сильные пассаты и муссон, они пересиливает приливное течение и поворачивает его на север. Этот список можно продолжить, но мы дальше подробно остановимся только на течении у берегов Перу.

    Зарождение Эль-Ниньо

    Перуанский берег повернут на юг, следовательно, маятниковая волна будет создавать южное прибрежное течение, которое направлено против течения Гумбольдта. Наибольшую силу оно должно иметь, когда траектория орбиты Солнца проходит у линии берега максимально повернутого на юг. Это поздней осенью и ранней весной. За счет инертности океана, как показывает статистика, маятниковое течение набирает силу к концу декабря. Маятниковое течение отжимает течение Гумбольдта от Перуанского побережья. Что, в конечном счете, отжимает холодное течение Гумбольдта и от экватора. На экваторе зона затишья расширяется, Южное и Северное пассатные течения удаляются друг от друга. Тропическое солнце нагревает зону застоя, что часто приводит к явлению Эль-Ниньо. Эль-Ниньо – это когда по ряду совокупных факторов нагрев экваториальных вод превышает среднюю многолетнюю температуру поверхности океана а этом районе на несколько градусов. Подробнее механизм нагрева экваториальных вод рассмотрен доктором географических наук Бондаренко А.Л. в работе [6]. Можно ли прогнозировать Эль-Ниньо? Да можно. Одно Солнце сильного маятникового течения создать не может, ему в этом деле помогает Луна. Как проходит траектория Луны в том или ином месяце, особенно в октябре ноябре, в какой период года перигей совпадает с новолунием или полнолунием, это все отражается на величине маятникового течения. Как показала статистика, на Эль-Ниньо сильно влияет также биение полюсов Земли. Биение полюсов создает раскачивание вод океана, когда раскачка и маятниковое течение совпадают по фазе и направлению течение Гумбольдта сильнее отжимается от Перуанского побережья, а следовательно вероятность возникновения Эль-Ниньо повышается. На возникновение Эль-Ниньо влияет также разность уровней западной и восточной части Тихого океана. Чем выше уровень в западной части океана и ниже в восточной части, тем выше вероятность зарождения Эль-Ниньо. Казалось бы невероятный факт, на фазу Эль-Ниньо влияет Индийский океан. Но если присмотреться, то ничего в этом невероятного нет, все дело в том, что на востоке у широты экватора Индийский океан имеет форму раструба. Маятниковые волны восточного направления концентрируются этим раструбом на узком участке, в том месте где Индийский океан соединяется с Тихим океаном. Получается огромный гидродинамический насос, Который нагнетает теплые поверхностные воды Индийского океана в Тихий океан. Причем есть два основных варианта событий.

    1. Воды Индийского океана нагнетаются через пролив между Австралией и островом Новая Гвинея.
    2. Воды Индийского океана нагнетаются через пролив между островами Калимантан и Новая Гвинея.

    Какой из вариантов преобладает в какой-то момент времени, зависит в основном от приливообразующих сил. Если уровень Тихого океана ниже у берегов Австралии воды направляются туда, если уровень Тихого океана ниже на севере от Австралии, у острова Калимантан, воды устремляются на север. Не вдаваясь в глубокие тонкости, отметим только, когда воды Индийского океана устремляются в Тихий океан по первому варианту, они подпирают Южное пассатное течение, а то в свою очередь поджимает течение Гумбольдта к экватору и способствует развитию фазы Эль-Нинья. Вот этим и объясняется наличие связи между атмосферным давлением у порта Дарвин и у побережья Перу (Южные атмосферные качели). Если воды Индийского океана устремляются в Тихий океан по второму варианту, то это способствует развитию фазы Эль-Ниньо.

    Вот такое оно сложное это явление Эль-Ниньо – Ла-Нинья, почему долго и не удавалось ученым его расшифровать. И только после открытия маятниковых волн картина значительно прояснилась. Теперь это явление больше не будет считаться непредсказуемым.

    30.01.2011г.

    Литература. (Выписка из книги)

    1. Полный хронологический список наводнений в Санкт - Петербурге (Петрограде, Ленинграде), сайт nevariver.ru.

    2. Проблемы окружающей среды и природных ресурсов: Обзорная информация. - М., 2005. - № 5. - С. 57-76,

    3. А.Гордон, Р.Форд. Спутник химика. Издательство “Мир”, М, 1976.

    4. К.Э.Циолковский Второе начало термодинамики. Калуга типография С.А.Семенова, 1914.

    5. К.Э.Циолковский. Второе начало термодинамики. || ЖРФМ. 1991 №1, с.23-39.

    6. А.Л.Бондаренко. Эль-Ниньо – Ла-Нинья: механизмы формирования// Природа. №5. 2006. С. 39 – 47. Сайт randewy.ru

    7. В.М.Ерашов. Закон петербургских наводнений. Кингисепп, 2007. Сайт randewy.ru

    8. В.М.Ерашов. Без оглядки на авторитеты. Кингисепп, 1996.

    9. В.Г.Демин. Судьба Солнечной системы. “Наука”, М, 1969.

    10. А.Н.Матвеев. Механика и теория относительности. “Высшая школа”, М, 1976.








    Rambler's Top100 Рейтинг@Mail.ru