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, почему "черные дыры" - фикция?
Согласно релятивистской мифологии, "чёрная дыра - это область в пространстве-времени, гравитационное притяжение которой настолько велико, что покинуть её не могут даже объекты, движущиеся со скоростью света (в том числе и кванты самого света). Граница этой области называется горизонтом событий, а её характерный размер - гравитационным радиусом. В простейшем случае сферически симметричной чёрной дыры он равен радиусу Шварцшильда".
На самом деле миф о черных дырах есть порождение мифа о фотоне - пушечном ядре. Этот миф родился еще в античные времена. Математическое развитие он получил в трудах Исаака Ньютона в виде корпускулярной теории света. Корпускуле света приписывалась масса. Из этого следовало, что при высоких ускорениях свободного падения возможен поворот траектории луча света вспять, по параболе, как это происходит с пушечным ядром в гравитационном поле Земли.
Отсюда родились сказки о "радиусе Шварцшильда", "черных дырах Хокинга" и прочих безудержных фантазиях пропагандистов релятивизма.
Впрочем, эти сказки несколько древнее. В 1795 году математик Пьер Симон Лаплас писал:
"Если бы диаметр светящейся звезды с той же плотностью, что и Земля, в 250 раз превосходил бы диаметр Солнца, то вследствие притяжения звезды ни один из испущенных ею лучей не смог бы дойти до нас; следовательно, не исключено, что самые большие из светящихся тел по этой причине являются невидимыми." [цитата по Брагинский В.Б., Полнарёв А. Г. Удивительная гравитация. - М., Наука, 1985]
Однако, как выяснилось в 20-м веке, фотон не обладает массой и не может взаимодействовать с гравитационным полем как весомое вещество. Фотон - это квантованная электромагнитная волна, то есть даже не объект, а процесс. А процессы не могут иметь веса, так как они не являются вещественными объектами. Это всего-лишь движение некоторой среды. (сравните с аналогами: движение воды, движение воздуха, колебания почвы). Подробнее читайте в FAQ по эфирной физике.