Специальные функции математической физики - Кафтанова Ю.В.
ISBN 978-966-2046-62-5
Скачать (прямая ссылка):
Волновые процессы подчиняются строгим и хорошо изученным закономерностям. Волны являются одним из способов передачи энергии на расстояния. Известно, что встретившиеся в противофазе волны одинаковой частоты и амплитуды взаимно полностью гасятся. Направленные друг навстречу другу волны могут взаимно ослабить и потерять таким образом часть своей энергии.
Пока что чисто теоретически существует возможность направить от поверхности океана непосредственно над эпицентром цунами встречный поток волн и энергий, сопоставимый по мощности с той частью сферических волн эпицентра цунами, который формирует ударную волну. Источник гашения должен располагаться ниже поверхности океана и распространять свои колебания в воде. Его наиболее эффективное положение на схеме «С» — на вертикальной оси Оу строго над эпицентром цунами.
Таким образом, волны от двух источников встретятся в толще океанических вод и погасят друг друга. Сферические волны эпицентра цунами в критическом секторе, который окрашен темным цветом, будут разрушены, они не смогут достичь поверхности океана и сформировать приповерхностную ударную волну цунами.
На практике задача сегодня является невыполнимой. Во-первых, невозможно предсказать точное место расположения и мощность будущего эпицентра цунами.
Во-вторых, эпицентр цунами и источник гашения волн должны сработать практически одновременно или с ничтожно малым запаздыванием. Такое можно воспроизвести в лабораторных условиях, но не на поверхности Земли.
В-третьих, мощность встречного заряда должна быть очень велика — в рассмотренном примере на схеме «С» она составляет порядка 30% энергии, выброшенной эпицентром цунами в толщу океанических вод.
Но есть надежда, что сформулированная математическая модель поможет бороться с цунами в будущем.
^ Приводим наглядную схе-
му описываемого процесса.
Возникшие в толще вод океана волны, расходящиеся от эпицентра цунами, нужно разрушить и погасить еще до того момента, пока они не достигли поверхности океана и не произошел фазовый переход, который мгновенно формирует ударную волну цунами.
После формирования ударной волны начинают действовать концептуально законы математической физики, не поддающиеся описанию только классических волновых и колебательных процессов.
Возникает естественный вопрос: а что будет, если навстречу одной приповерхностной ударной волне (в частности, цунами), которая сформировалась и движется вдоль поверхности океана, направить вторую похожую ударную волну? Что произойдет в момент их встречи?
На первый взгляд кажется, что ситуация абсурдная и в природе практически не встречается. Но это не так. Давайте разберемся подробнее.
Помимо цунами, которые проявляют себя как разрушительные глобальные катаклизмы, по этому же принципу у поверхности океана формируются локальные мини-цунами. Это ударные волны, сформированные вследствие взрывов и извержений подземных вулканов, слабой сейсмической активности и поддвижек на дне океана, крупных обвалов и других процессов, сопровождающихся выделением свободной энергии в толщу океана.
Они формируются локально и затем свободно распространяются в приповерхностном слое морей и океанов. Они могут сформироваться даже в реке, озере или небольшом водоеме в лаборатории — просто будут очень слабыми.
Такие слабые ударные волны и мини-цунами могут свободно блуждать у поверхности океана и быть практически незаметными для наблюдателей. На них не оказывает существенное влияние незначительное поверхностное ветровое волнение и подобные волновые процессы.
60
61
оу
Оу \
Ох
Ох
Приведем один из возможных сценариев развития событий. В океане друг навстречу другу движутся две примерно равные по мощности небольшие приповерхностные ударные волны. Сами по себе они очень пологие и не вызывают заметных отклонений и колебаний на поверхности моря. Они сходятся друг с другом и сталкиваются. Ударные волны ведут себя при этом не как волновые объекты из жидкости, а как некие твердые и упругие энергетические мембраны, увлекающие за собой в движение окрестную воду.
Поэтому результат их столкновения можно наблюдать в форме внезапно, без каких-либо видимых причин возникающих и стремительно растущих волн, не подверженных влиянию ветра или других подобных внешних факторов — вертикальных ударных волн.
Такие волны живут своей жизнью, как будто сами по себе, и несут внутри заряд энергии двух ударных волн, столкнувшихся друг с другом и вставших практически вертикально вдоль ее гребня, как показано на схеме. И это — только один из множества всевозможных сценариев.
Эти волны часто описываются в литературе и носят название «волны-убийцы». Термин «волна-убийца» и его аналоги в других языках (англ. «rogue wave» — волна-разбойник, «freak-wave» — волна-придурок, отморозок; фр. «onde scelerate» — волна-злодейка, «galejade» — дурная шутка, розыгрыш) дают хорошее представление о существенных чертах природного явления, передают чувство ужаса и обреченности при встрече с этой волной в океане. Волны могут появляться при малых ветрах и относительно слабом волнении и ведут себя аномально и парадоксально. Они не связаны напрямую с цунами как таковыми, но имеют сходное разрушительное поведение.
