Плавание под парусом. Ветер, волнение и течения

ГЛАВА 8. Характеристики волн и течения

При движении против волнения не высота и не длина волн по отдельности, а их крутизна уменьшает скорость яхты и представляет опасность для плавания. Длинная волна, как бы высока она ни была, не опасна для любой маленькой яхты и не должна никого беспокоить, кроме страдающих морской болезнью.

Крутизна характеризуется отношением длины волны к ее высоте. И, поскольку размеры волны зависят от ее высоты, а скорость движения воды – от длины, то эти характеристики должны рассматриваться одновременно – по их влиянию на продвижение и безопасность плывущей яхты. Например, говорят, что метровая волна длиной 20 метров имеет крутизну 1/20. Крутизна может быть выражена в процентах, тогда для предыдущего примера крутизна равна (1/20) х100%, то есть 5%.

Крутизна редко превышает 1/10 (10%), при достижении такой величины начинается обрушение гребня и волна разрушается *. Теоретически максимально возможная крутизна равна 1/7 (14, 3%) и не зависит от высоты волны – будет ли она 10 метров или только 0, 5 метра; в море волны с такой крутизной практически никогда не встречаются **.

* Как правило, обрушение происходит при гораздо меньших крутизнах. (Прим. перев.)** Сказанное относятся к волнам на глубокой воде при отсутствии течений и мелководий. Данные измерений, выполненных в последнее время, показывают, что при особых условиях волнообразования, возможно, и встречаются волны с крутизной, близкой к теоретической. (Прим. перев.)

В крутых волнах орбитальная скорость на гребнях (скорость вращения частиц на гребнях, рис. 35) гораздо больше орбитальной скорости на мелководье, вычисленной теоретически. Когда на гребнях орбитальная скорость превышает скорость самой волны, частицы воды, так сказать, пытаются ее обогнать, и в этот момент происходит обрушение.

Рис. 44. Типичная форма морской волны. Гребни уже ложбины, передние склоны круче тыловых

В определение крутизны не входит максимальный градиент * волнового склона. Этот градиент может существенно изменяться и в некоторых случаях бывает направлен к гребням почти вертикально, хотя с такими волнами маленьким судам приходится сталкиваться редко.

* Градиент волнового склона в заданном направлении называется уклоном. (Прим. перев.)

Форма волн на поверхности воды может существенно отличаться от большинства других роли в природе. Обычно гребни круче и уже, а ложбины более плоские и длинные. Передний склон волны обычно круче, чем задний (тыловой). На рис. 44 показана типичная форма ветровой волны.

Влияние мелководья

Когда волны набегают на мелководье, где глубины менее половины длины волн, волнение претерпевает значительное изменение. Мелководье не влияет на период волн, но это единственная характеристика, которая остается неизменной. Изменяется форма и уменьшаются длина и скорость волны. Гребни становятся круче и уже, а ложбины площе. В результате на поверхности воды видны изолированные волны, а не следующие друг за другом волновые системы.

Пологие волны могут проходить мелководье без обрушения, но при достижении максимальной крутизны гребни будут опрокидываться. Широко известно, что по обрушению волн можно судить о наличии мелководий, которые не обязательно возвышаются над поверхностью воды.

Причина этих изменений – уменьшение скорости волны из-за ограниченной глубины. Это хорошо видно при наблюдении за лодками, плывущими по очень мелкому месту. При движении любой лодки создаются корабельные волны, которые перемещаются со скоростью лодки. На очень мелкой воде скорость корабельной волны ограничена глубиной воды. Иногда корабельная волна становится крутой, тогда она опрокидывается, сильно препятствуя попыткам ускорить движение лодки.

Рефракция волн

Замедление волн при косом подходе к мелководью приводит к рефракции. Из-за рефракции направление фронта волн, независимо от первоначального угла подхода, разворачивается параллельно берегу. Почти всем хорошо известен вид обрушивающейся гряды волн, движущейся примерно параллельно береговой линии криволинейного залива. Возникает вопрос: «Почему волны не продолжают идти прямолинейным путем, как в открытом море?»