внутренние волны

ВНУТРЕННИЕ ВОЛНЫ (внутренние гравитационные волны) - вид волновых движений в слоистой (стратифицированной) жидкости (газе), плотность к-рой растёт с глубиной z. Простейший случай - В. в. на границе раздела двух однородных несжимаемых жидкостей, из к-рых нижняя имеет большую плотность ( ). Такие волны аналогичны волнам на поверхности жидкости (=0) и описываются теми же ф-лами, но с заменой ускорения силы тяжести g на . В несжимаемой жидкости с непрерывной зависимостью r от z осн. параметром, определяющим свойства В. в., служит частота плавучести (частота Брента - Вяйсяля) , равная частоте собств. колебаний элемента жидкости в вертик. направлении. Если N везде одинаково (т. е. зависит от z по экспоненте), то частота плоской гармонич. В. в. связана с углом её волнового вектора k относительно вертикали (рис.) дисперс. ур-нием ; т. о., частота В. в. всегда меньше N.

Колебания частиц жидкости в такой волне перпендикулярны к и лежат в плоскости (z, k); так же направлена групповая скорость волны . В частности, при колебаниях тела в слоистой жидкости вся энергия В. в. излучается по образующей "группового конуса", с углом при вершине , таким, что . Если N зависит от глубины, то частота В. в. не может превышать макс. значения N, а волна испытывает рефракцию.

В слое жидкости, ограниченном сверху и снизу от ражающими поверхностями и являющемся поэтому волноводом, возможны направляемые В. в. в виде нормальных волн (мод), имеющих "стоячую" структуру по вертикали и бегущих в горизонтальном направлении.

Направяения групповой скорости и волнового вектора к внутренних волн частоты , распространяющихся под углом от гармонического источника, находящегося в точке О, при N=const.

В сжимаемой среде свойства В. в., кроме N, зависят также от скорости звука с и их, строго говоря, нельзя отделить от звуковых (акустич.) волн. Поэтому в общем случае говорят об акустико-гравитац. волнах в сжимаемой слоистой среде, к-рые при определенных условиях могут быть разделены на высокочастотную акустическую и низкочастотную гравитационную ветви.

В. в. повсеместно распространены в океане и атмосфере Земли. В частности, с ними связано явление "мёртвой воды" - торможение судна из-за расхода энергии на возбуждение В. в. на ниж. границе слоя тёплой (т. е. более лёгкой) жидкости, лежащей поверх более холодной. В толще океана, где плотность меняется с глубиной из-за изменений темп-ры и содержания солей, существуют В. в. разнообразных масштабов и периодов - от десятков секунд до десятков часов, к-рые эффективно взаимодействуют между собой и с др. типами движений. Они играют существ. роль в процессах вертик. переноса энергии, возникновения турбулентности, тонкой структуры и т. д. В. в. наблюдаются и в атмосфере Земли. Такие волны, по-видимому, участвуют и в процессах переноса энергии в атмосфере Солнца.

Лит.: Глинский H. Т., Внутренние волны в океанах и морях, M., 1973; Тернер Дж., Эффекты плавучести в жидкостях, пер. с англ., M., 1977; Госсард Э., Хук У., Волны в атмосфере, пер. с англ., M., 1978; Миропольский Ю. 3., Динамика внутренних гравитационных воли в океане, Л., 1981; Лайтхилл Дж., Волны в жидкостях, пер. с англ., M., 1981; Ле Блон П., Mайсек Л., Волны в океане, пер. с англ., [ч.] 1-2, M., 1981. Л. А. Островский.

   <<      Предметный указатель      >>