Внутренние волны. РЕАЛЬНАЯ ФИЗИКА. Глоссарий по физике

Внутренние волны (внутренние гравитационные волны) - вид волновых движений в слоистой (стратифицированной) жидкости (газе), плотность к-рой

растёт с глубиной z. Простейший случай - внутренние волны 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 внутренних волн, 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. внутренней волны связана с углом

её волнового вектора k относительно вертикали (рис.) дисперс. ур-нием

; т. о., частота внутренних волн 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 внутренних волн излучается по образующей "группового конуса", с углом при вершине

, таким, что

. Если N зависит от глубины, то частота внутренних волн 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 внутренние волны 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 внутренних волн, 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.

внутренние волны повсеместно распространены в океане и атмосфере Земли. В частности, с ними связано явление "мёртвой воды" - торможение судна из-за расхода энергии на возбуждение внутренних волн 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 температуры и содержания солей, существуют внутренние волны 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. Внутренние волны наблюдаются и в атмосфере Земли. Такие волны, по-видимому, участвуют и в процессах переноса энергии в атмосфере Солнца.

Литература по внутренним волнам

Знаете ли Вы, как разрешается парадокс Ольберса?
(Фотометрический парадокс, парадокс Ольберса - это один из парадоксов космологии, заключающийся в том, что во Вселенной, равномерно заполненной звёздами, яркость неба (в том числе ночного) должна быть примерно равна яркости солнечного диска. Это должно иметь место потому, что по любому направлению неба луч зрения рано или поздно упрется в поверхность звезды.
Иными словами парадос Ольберса заключается в том, что если Вселенная бесконечна, то черного неба мы не увидим, так как излучение дальних звезд будет суммироваться с излучением ближних, и небо должно иметь среднюю температуру фотосфер звезд. При поглощении света межзвездным веществом, оно будет разогреваться до температуры звездных фотосфер и излучать также ярко, как звезды. Однако в дело вступает явление "усталости света", открытое Эдвином Хабблом, который показал, что чем дальше от нас расположена галактика, тем больше становится красным свет ее излучения, то есть фотоны как бы "устают", отдают свою энергию межзвездной среде. На очень больших расстояниях галактики видны только в радиодиапазоне, так как их свет вовсе потерял энергию идя через бескрайние просторы Вселенной. Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.