Специальные функции математической физики - Кафтанова Ю.В.
ISBN 978-966-2046-62-5
Скачать (прямая ссылка):
Если величина скачка значительна, его гипотетическая поверхность будет вести себя, как поверхность океана, и может сформировать структуру волн, напоминающих приповерхностное цунами. Волны глубинного цунами будут распространяться от эпицентра в горизонтальном или наклонном направлении по вектору скорости. 111
110
В океане существуют зоны резкого и скачкообразного изменения давления, и это доказано. Глубинные воды оказываются разделенными поверхностями этих скачков на продольные зоны. Слои практически не перемешиваются благодаря наличию границ-скачков.
Если величина скачка значительна, его гипотетическая поверхность будет вести себя как поверхность океана и может сформировать структуру волн, напоминающую приповерхностное цунами. Волны глубинного цунами будут распространяться от эпицентра в стороны.
Чем больше глубина — тем выше давление и плотность воды, и тем выше скорость распространения волн в такой среде. Источник энергии может располагаться в недрах глубокого океанического желоба, в зоне практически неподвижных вод, абсолютной тьмы и колоссальных давлений.
Энергия с глубины 8000—11000 метров быстро, узким клином распространится вверх по расширяющемуся желобу, пока не достигнет глубоководной равнины.
В этой зоне наблюдается резкий скачек качественного характера поведения глубинных вод. Поэтому существует тонкая скачкообразная граница между водами желоба и придонными водами океана, которая выступает физическим аналогом поверхности океана.
Горизонтальные переносы энергии и переносы энергии вдоль дна океана сглаживают придонный рельеф, выскабливают основания подводных гор и хребтов и способствуют некоторому перемешиванию придонных слоев глубинных вод океана.
Зона солнечного освещения имеет глубину до 200 метров, зона сумеречного освещения — до 1000 метров. Глубинная зона простирается до 6000 метров. Сверхглубокие узкие желобы достигают глубины 11000 метров.
Благодаря тому, что цунами существенно перемещают и перемешивают глубинные воды с водами сумеречного слоя, они поддерживают существование кислородозависимой органической жизни на глубинах, куда иным способом кислород не может проникнуть ни из атмосферы, ни из зоны обитания флоры и солнечного освещения.
В страшных глубинах формируются парадоксальные монстроидные формы органической жизни — в том числе благодаря глубинной составляющей энергии цунами.
112
А теперь поднимемся из самых глубин океана к его поверхности и опишем поведение приповерхностных составляющих волн цунами в открытом океане, на материковом шельфе и возле берега.
Несколько идеализированной и даже рафинированной является модель приповерхностного движения волн цунами на околокритических и высоких дозвуковых скоростях перемещения.
Будем использовать физику гидродинамики.
Первая и вторая волна цунами движутся быстро у самой поверхности при нулевом углу атаки без глубинной составляющей, которая перемещается отдельно из-за произошедшего отрыва приповерхностного слоя. Фазовые траектории (профили), несущие внутреннюю энергию системы, имеют малую, но ненулевую вертикальную и протяженную горизонтальную составляющую — наподобие че-чевицеобразного профиля.
Напоминаем, что мы выбрали систему координат, которая движется с фронтом волн цунами — в этой системе формируемые волны либо неподвижные (их обтекают набегающие потоки), либо стоячие (выражающие изменение конфигурации поверхности океана). Движение системы координат описывается отдельной моделью.
При обтекании фазового профиля каждой волны часть набегающего потока захватывается и перераспределяется вверх — над профилями каждой волны. На дозвуковых скоростях функция распределения плотности давления жидкости над профилем будет непрерывной. Она вызовет классическую волновую деформацию поверхности океана, которая в этой окрестности ведет себя как гибкая мембрана — стоячая нагруженная некоторой массой волна.
Чем выше дозвуковая скорость волн, тем значительнее деформация и тем выше холм, пока над критическим дозвуковым профилем не начнет формироваться скачек функции распределения плотности давления. Он форми-
113
рует обратный разрыв поверхности океана. Этот скачек уплотнения повышает сопротивление среды и вызывает рост потерь кинетической энергии волны.
Обратный разрыв на околокритических скоростях формирует парадоксальный пенистый гребень, который наклоняется в сторону эпицентра — против вектора движения волны (в обычных волнах гребень наклоняется по ходу движения волн). После истощения части кинетической энергии скорость снизится, и гребень исчезнет.
Профиль поверхности океана, получаемый каждой волной этого рафинированного цунами, является центрально-симметричной нагруженной стоячей волной, на высоту которой концептуально влияет характер распределения давления над фазовым профилем и крайне незначительно — малая величина подъемной силы.
Расчеты необходимо последовательно проводить через дискретные временные интервалы.
Записываем начальные условия для расчета профиля стоячей волны в каждый момент времени, используя начальные условия — параметры максимального вертикального отклонения поверхности океана (используются формулы гидродинамики) и половину длины фазового профиля цунами. После расчета графика деформации поверхности производим отдельный расчет на отрицательной полуоси Ох (как если бы она была положительной).
