Волновое движение и особенности волн

Волновое движение в глубокой воде представляет собой суммарный эффект движения смежных частиц воды по почти круговым траекториям (орбитам). Описываемые частицами орбиты, наподобие цепной реакции, вплотную, частично перекрываясь, следуют друг за другом в направлении распространения волны. Можно видеть, как лежащий на воде предмет поднимается и смещается вперед при подъеме волны, затем-при опускании волны - опускается и смещается назад без сколько-нибудь заметного изменения своего положения. Такого же характера движение происходит в толще воды: сама волна движется вперед, но, за исключением небольшого количества воды, скатывающейся с ее гребня, и очень медленного перемещения всей массы в случае бокового смещения орбит, подавляющая часть воды не испытывает поступательного движения. У поверхности воды высота волны соответствует диаметру орбит.
Высота волны измеряется расстоянием по вертикали между ложбиной и гребнем. Высота большинства океанских волн меньше 3 м и лишь у некоторых из них достигает 3-6 м. Штормовые волны в районе Британских островов достигают в высоту 10 м, а в антарктических водах - 16 м.
Длина волны, соответствующая расстоянию по горизонтали между соседними гребнями, меняется от 1 м и менее в относительно спокойных озерах до нескольких сот метров в районах зарождения штормовых волн. При выходе из района шторма высокие штормовые волны постепенно уплощаются, длина их увеличивается, и в конце концов они превращаются в зыбь - длинные низкие волны. Длина волн зыби может колебаться от 300 до 600 м.
Глубина проникновения волн зависит от размера круговых орбит или высоты волн и соотношения между глубиной воды и длиной волны. С увеличением глубины волновое движение быстро уменьшается, поэтому уже на глубине, равной половине длины волны, оно становится слабым; однако слабое волнение достигает морского дна даже в том случае, если длина волны меньше 1/20 глубины.
Период и скорость. Период волны, т.е. то время, за которое волна проходит путь между смежными ложбинами или гребнями, как правило, мал. Обычные, мелкие, близко следующие друг за другом волны подходят к берегу с интервалом в несколько секунд, но в цуге длинных волн гребни могут следовать друг за другом с интервалом в 10, 12 и изредка даже 20 с. Период зависит от длины волны.
Скорость волн в глубокой воде прямо связана с периодом. Так, волна с периодом 6 с движется со скоростью около 35 км/ч. Волны с периодом 20 с несутся со скоростью около 100 км/ч.
Интерференция. Часто в движении одновременно находятся несколько накладывающихся друг на друга систем волн с разной длиной, высотой и направлением движения, так что возникающее в результате их взаимодействия волнение оказывается скорее неупорядоченным, чем ритмичным. Разные системы волн интерферируют между собой; они часто гасят друг друга, если их фазы не совпадают, и усиливаются в случае совпадения фаз.
Сила волн. Волны в зависимости от их высоты и длины обладают огромной силой. Средняя волна высотой 2 м оказывает давление около 15 т/м2. Давление штормовых волн гораздо больше, примерно как у автомобиля при ударе о бетонную стенку на скорости 80 км/ч. Максимальное давление длится лишь доли секунды, но удары волн все время повторяются.
Силу волн можно проиллюстрировать на нескольких примерах. У города Уик в Шотландии из своего основания был целиком вырван блок волнореза весом 1200 т. Несколькими годами позже здесь же был оторван бетонный блок, весящий 2350 т, с помощью которого было исправлено повреждение. У Шербура во Франции трехметровый валун весом 3,2 т был переброшен волнами через стену высотой 6 м. Подброшенными волнами
камнями на высоте 45 м над уровнем моря были выбиты стекла на маяке у города Тилламук в шт. Орегон, а один булыжник весом 61 кг и диаметром 0,28 м пробил крышу дома смотрителя на высоте 30 м над морем. Окна маяка Даннет-Хэд в Шотландии, расположенные на высоте 100 м над уровнем моря, были разбиты камнями, захваченными волнами во время шторма.