Введение

Волна, которая становится нестабильной вследствие чрезмерной крутизны В динамике жидкостей и морской терминологии ломающаяся волна или ломатель - это волна с достаточной энергией, чтобы "ломаться" на пике, достигая критического уровня, при котором линейная энергия превращается в волну турбулентной энергии с четкой кривой вперед. В этот момент простые физические модели, описывающие волновую динамику, часто становятся недействительными, особенно те, которые предполагают линейное поведение. Наиболее широко известный вид ломающей волны - это ломание поверхностных волн на береговой линии. Разрыв волны обычно происходит там, где амплитуда достигает точки, когда гребень волны фактически переворачивается. Некоторые другие эффекты в динамике жидкостей также называются "разрывающимися волнами", отчасти по аналогии с волнообразными волнами поверхности воды. В метеорологии, атмосферные гравитационные волны ломаются, когда волна создает области, где потенциальная температура снижается с высотой, что приводит к рассеиванию энергии через конвективную нестабильность; также, волны Россби ломаются, когда потенциальный градиент вихря переворачивается. Разрыв волны также происходит в плазме, когда скорость частицы превышает фазовую скорость волны. Еще одно применение в физике плазмы - расширение плазмы в вакуум, в котором процесс разрыва волны и последующее развитие быстрого ионного пика описывается уравнением Сэка Шамеля. Риф или место мелководья, такое как невысокий берег, против которого ломаются волны, также может быть известен как разрыв.

Типы

Разрыв поверхностных волн может произойти в любом месте, где амплитуда достаточна, в том числе в середине океана. Однако это особенно распространено на пляжах, потому что высота волн усиливается в области мелководья (поскольку групповая скорость там ниже). См. также волны и мелководье. Существует четыре основных типа разрыва волной. Они разливаются, погружаются, разрушаются и взлетают.

Прерыватели разлива

Когда дно океана имеет постепенный наклон, волна будет усиливаться, пока гребень не станет неустойчивым, в результате чего бурная белая вода прольется по поверхности волны. Это продолжается, когда волна приближается к берегу, и энергия волны медленно рассеивается в белой воде. Из-за этого разливающиеся волны ломаются дольше, чем другие волны, и создают относительно мягкую волну. Погодные условия на суше делают разлив более вероятным.

Спиральные выключатели

Опущение волны происходит, когда дно океана круто или внезапно меняется глубина, например, от рифа или песчаника. Вершина волны становится намного круче, чем волна, которая проливается, становится вертикальной, затем свертывается и падает на корму волны, высвобождая большую часть своей энергии сразу в относительно сильном ударе. Опускающаяся волна ломается с большей энергией, чем значительно большая проливающаяся волна. Волна может задерживать и сжимать воздух под губой, что создает звук "сбивания", связанный с волнами. При больших волнах этот удар может быть ощущен на суше. Условия ветра в море могут сделать штурвал более вероятным. Если падающая волна не параллельна пляжу (или дну океана), то часть волны, которая достигает мелководья, будет ломаться первой, а ломающаяся часть (или завитка) будет двигаться боковым путем по поверхности волны, когда волна продолжается. Это "труба", которая так востребована серферами (также называется "баррель", "копание" и "зеленая комната", среди других терминов). Сёрфер пытается оставаться рядом или под разбивающейся губой, часто пытаясь оставаться как можно "глубже" в трубе, пока все еще может стрелять вперед и выходить из бочки, прежде чем она закроется. Взрывная волна, идущая параллельно берегу, может разорвать его на всю длину сразу, делая его невыносимым и опасным. Серферы называют эти волны "закрытыми".

Колапс

Колапсирующие волны - это смесь между погружением и подъемом, при которой гребень никогда полностью не ломается, но нижнее лицо волны становится более крутым и разрушается, в результате чего образуется пена.

Напряжение

Напряженные волны возникают из-за длительных волн с низкой крутизной и/или крутых профилей пляжа. В результате происходит быстрое движение основания волны вверх по склону и исчезновение гребня волны. Передняя сторона и гребень волны остаются относительно гладкими с небольшим количеством пены или пузырьков, в результате чего очень узкая зона для серфинга или вообще отсутствие ломающихся волн. Краткий, резкий всплеск энергии волны означает, что цикл отмывания/отмывания завершается до прибытия следующей волны, что приводит к низкому значению фазовой разницы Кемпа (<0,5). Напряженные волны типичны для отражающих берегов. На более крутых пляжах энергия волны может отражаться на дне в океане, вызывая стоячие волны.

Физика

Во время разрыва на гребне волны образуется деформация (обычно выпуклость), каждая из ведущих сторон которой известна как "топа". Образуются паразитические капилярные волны с короткими длинами волн. Те, что выше "пальца", имеют гораздо более длинные волны. Однако эта теория далеко не совершенна, поскольку она линейна. Было несколько нелинейных теорий движения (в отношении волн). Один из них использует метод возмущения, чтобы расширить описание до третьего порядка, и с тех пор были найдены лучшие решения. Что касается волновой деформации, то были созданы методы, похожие на метод граничного интеграла и модель Буссинеска. Было обнаружено, что высокочастотные детали, присутствующие в ломающей волне, играют роль в деформации и дестабилизации гребня. Эта же теория расширяет эту тему, утверждая, что долины капиллярных волн создают источник вихря. Говорят, что поверхностное напряжение (и вязкость) важны для волн до длины волны. Однако эти модели не совсем точны, так как они не могут учитывать, что происходит с водой после того, как волна перерывается. После взрыва образуются вихри и турбулентность, создаваемая при взрыве, в основном не исследована. Понятно, что из океана трудно получить предсказуемые результаты. После того, как верхушка волны переворачивается и струя рушится, она создает очень согласованный и определенный горизонтальный вихрь. Снижающие переломники создают вторичные вихри вниз по лицу волны. Небольшие горизонтальные случайные вихри, образующиеся по бокам волны, предполагают, что, возможно, перед разрывом скорость воды более или менее двумерна. Это становится трехмерным при разрыве. Основной вихрь вдоль фронта волны быстро диффундирует во внутреннюю часть волны после разрыва, поскольку вихри на поверхности становятся более вязкими. Адвекция и молекулярная диффузия играют роль в растяжении вихря и перераспределении вихря, а также в образовании турбулентных каскадов. Энергия больших вихрей, с помощью этого метода, передается гораздо меньшим изотропным вихрям. Были проведены эксперименты по выводу эволюции турбулентности после перерыва, как в глубокой воде, так и на пляже.