Механізм утворення хвиль на поверхні води
Хвилі виникають з різних причин: через вітер, проходження судна, падіння в воду будь-якого предмета, тяжіння Місяця, землетрусу, виверження підводного вулкана або зсуву. Але якщо від проходження судна або падіння предмета вони викликаються витісненням рідини, тяжіння Місяця і Сонця сприяє появі приливних хвиль, а землетрус може викликати цунамі, з вітром складніше.
Тут справа в русі повітря – в ньому існують безладні вихори, маленькі – біля поверхні і великі – далеко. При проходженні їх над водоймою тиск зменшується і на його поверхні утворюється опуклість. Вітер починає тиснути сильніше на її навітряний схил, що призводить до різниці тисків, а через неї рух повітря починає «закочувати» енергію в хвилю. При цьому швидкість хвилі пропорційна її довжині, тобто чим більше довжина, тим більше швидкість. Висота хвилі і її довжина пов`язані між собою. Тому, коли вітер розганяє хвилю, швидкість її збільшується, отже, збільшується довжина і висота. Правда, чим ближче швидкість хвилі до швидкості вітру, тим менше енергії може вітер віддати хвилі. Якщо ж їх швидкості рівні, вітер зовсім не передає хвилі енергію.
Тепер розберемося, як взагалі утворюються хвилі. За їх формування відповідають два фізичні механізми: сила тяжіння і сила поверхневого натягу. Коли частина води піднімається, сила тяжіння намагається повернути її назад, а коли опускається, витісняє сусідні частинки, які теж намагаються повернутися назад. Силі поверхневого натягу все одно, в який бік прогнута поверхню рідини, вона діє в будь-якому випадку. В результаті частинки води коливаються подібно до маятника. Від них зароджуються коливання в сусідніх ділянках, і виникає поверхнева хвиля, що біжить.
Енергія хвиль добре передається тільки в тому напрямі, в якому частинки можуть вільно переміщатися. На поверхні це робити простіше, ніж на глибині. Все тому, що повітря не створює ніяких обмежень, в той час як на глибині частинки води знаходяться в досить обмежених умовах. Причина – простір погано стискається. Через це хвилі можуть переміщатися на великі відстані по поверхні, але дуже швидко згасають в глибині.
Важливо, що під час руху хвилі частинки рідини майже не рухаються. На великій глибині траєкторія їх руху має форму кола, на малій – витягнутого горизонтального еліпса. Завдяки цьому кораблі в гавані, птиці або шматочки дерева гойдаються на хвилях, практично не переміщаючись по поверхні.
Особливий вид поверхневих хвиль складають так звані хвилі-вбивці – гігантські поодинокі хвилі. Чому вони виникають, так до сих пір і невідомо. Вони рідко зустрічаються в природі і їх не можливо змоделювати в лабораторних умовах. Проте більшість учених вважає, що хвилі-вбивці утворюються через різке зменшення тиску над поверхнею моря або океану. Але більш ретельне їх вивчення попереду.
