Сейсмические морские волны. Цунами - Мурти Т.С.
Скачать (прямая ссылка):
80
Некоторые важные результаты статьи Бен-Менахена и Розен-мана заключаются в следующем: 1) полученный цунамигенный район оказался значительно меньших размеров, чем у других авторов; 2) методика обратной рефракции, базирующаяся на прибрежных подъемах уровня, не точна; 3) как полагает Хатори [212], никакого простого соотношения между цунамигенным районом и районом афтершоков может не быть, так как у основного и последующих подземных толчков механизмы различны.
2.5. Лабораторные эксперименты. Эксперименты с очагом на дне
Эти эксперименты относятся к цунами, вызванным землетрясениями. Такахаси [618] был одним из первых, кто провел лабораторные эксперименты по возбуждению цунами, исследуя форму свободной поверхности и характер волнового движения, обусловленные смещением участка морского дна. Он также использовал закон подобия для связи своих лабораторных экспериментов с натурой.
Предположим, что участок морского дна круглой формы и площадью яг2 смещается в вертикальном направлении на расстояние 5 за промежуток времени T с постоянной скоростью и пусть 5 — смещение в момент L Тогда
S=SF^Y (2.42)
Пусть D — глубина океана в месте смещения, а K1 rj, v — соответственно длина, высота и скорость волн, порожденных смещением. Пусть (ы — динамическая вязкость воды, р — плотность, g — ускорение свободного падения и R — расстояние точки наблюдения (где измеряются параметры K1 rj, v) от источника. Движение волны определяется следующими безразмерными параметрами:
JL JL v r JL Vs J
d ' d ' YJd > d ' d ' у о 1 >
JL U_t * Г2 43Ї
Согласно закону подобия, если модель правильно отражает явление, то эти безразмерные параметры должны иметь одинаковые значения и в модели, и в природе. Анализ выражения (2.43) показывает трудности в соблюдении закона подобия. Например, если пространственный размер нормирован на 1//, то
временной масштаб модели должен составлять 1/у/ от природы.
6 Заказ № 5
81
Это требует, чтобы смещение дна в модели происходило с большей скоростью, чем в природе. Кроме того, если должно
жен быть одинаковым в модели и в природе), то следует использовать жидкость с маленькой кинематической вязкостью jui/p. Вязкость жидкости должна составлять 1//5/2 от вязкости морской воды. Возможно, для этой цели подошло бы силиконовое масло, но когда в 1933 г. Такахаси выполнял свои эксперименты, это масло было еще недоступно для широкого использования и единственной жидкостью, которую он мог использовать, была ртуть. Однако использование ртути требует, чтобы отношение натурного пространственного масштаба к модельному было 2,58, а это в свою очередь требует чрезмерно большой модели. По этой причине Такахаси отказался от мысли удовлетворить условия вязкости.
В этих экспериментах Такахаси [618] использовал деревянный лоток размером 200X150x30 см. Для моделирования подъема участка морского дна в центре дна лотка был установлен круглый поршень. Струя тонкого Схмолистого порошка распылялась на поверхности воды и фотографировалась оптической системой, в результате чего фиксировалась форма волн. Было выполнено 45 экспериментов с различными сочетаниями глубины воды D, высоты подъема поршня 5 и скорости его движения. В итоге получены следующие результаты. Несмотря на образование нескольких прогрессивных волн, максимальную высоту имела первая из них. Передняя часть волнового цуга (фронт волны) имела скорость распространения, намного большую, чем скорость первого волнового гребня. Поэтому первая волна постепенно удлинялась, а передний склон фронта волны становился более пологим. Хотя качественно аналогичное изменение формы происходило и с другими частями волнового цуга, дисперсия не была там столь ярко выраженной. Длина волнового цуга в целом увеличивалась с пройденным расстоянием. В непосредственной близости от поршня первый волновой гребень
двигался со скоростью, значительно большей, чем У gD у но с увеличением расстояния от поршня она асимптотически приближалась к ІgD. Над поршнем образовывались только стоячие волны, а прогрессивные волны начинали возникать только на расстоянии, в два раза большем радиуса поршня. Эксперименты показали также, что высота круговых прогрессивных волн уменьшалась пропорционально 1/i?0'6.
Измерения длин волн были менее определенными, но в целом длины оставались примерно неизменными, за исключением случаев очень медленного движения поршня, когда длина волны увеличивалась.
быть соблюдено условие для вязкости
82
В 1957 г. Такахаси выполнил новые эксперименты в Калифорнийском университете и изложил свои результаты в статье [621]. Эти эксперименты были выполнены для выяснения следующих свойств волн, порождаемых движением дна моря [621, с. 235]: 1) формы волны и скорости распространения фронтальной части волнового цуга в окрестностях источника возбуждения; 2) закона затухания высот волн в окрестностях источника;
3) направленности излучения энергии, когда очаг растянут в одном направлении; для этой цели два или больше круглых источника располагались в линию, очень близко друг к другу;
