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海啸来了,为什么船还要往深水区开?

本帖由 漂亮的石头2016-02-05 发布。版面名称:知乎日报

  1. 漂亮的石头

    漂亮的石头 版主 管理成员

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    [​IMG] 王诺诺,微信平台:misswangnuonuo

    船其实并不是向海啸开过去,而是向深水区开过去。前段时间答了一个相关问题,被吐槽特别水。于是今天这个答案我决定从头说起。

    海浪和海啸一样,都是波。

    大家见过停在水面的海鸥吧。

    [​IMG]

    它们在随着浪上下摆动,但却不会在水平方向上有明显的位移。(如果能够随着波浪向前,那海鸟还为什么要迁徙呢呢?躺在海上晒太阳就到对岸了_:)3 」∠)_ )

    这就是因为海浪的波属性。波能够传递能量,但并不能传递物质。

    如果我们观测海面的每个水分子的运动轨迹,会发现是酱紫的:

    [​IMG]

    靠近水面的水分子画大圈圈,而离水面比较远的水分子画小圈圈。如果离水远到一定程度,水分子的运动可以被忽略不计。确切地说,离水面超过 1/2 波长的深处,就是风平浪静的了,这就是为什么在我们看 discovery 拍摄海底生物的时候,感觉不到波涛汹涌,一只皮皮虾掀起的尘土都能够静静落地。

    能被带起来浪的水体有个名字叫做 wave base(浪基)。海底深于 1/2 波长的情况下,海浪又叫做深水波(deep water wave)

    [​IMG]

    深水波的传播速度就是一般机械波的传播速度:

    速度等于波长除以周期:

    V=L/T

    但有的时候,水非常浅,不但不能够提供浪基面需要的 1/2 波长深度,甚至远远小于 1/20 波长,这个时候会发生什么情况呢?

    没那么多活动空间了,水分子在浅水里以扁圆的椭圆轨道运动。这个时候浪的名字叫做浅水波(shallow water wave)。

    [​IMG]

    浅水波的传播速度可就与自己本身的周期和波长无关了:只与水深的平方根成正比。

    水越浅,浪的速度越小:

    V=3.1d^0.5

    [​IMG]

    这些又有什么用呢?

    试想我们是海上的一朵浪打浪(喂),在深海区域触不到海底,当然就是深水波,以速度 L/T 的速度向岸边愉快奔去。但越靠近海岸,水变浅了,海的深度甚至不足够 1/20 的波长了,这时候我们成为了浅水波,速度就变成了 V=3.1d^0.5,等快上岸的时候,水越来越浅,速度越来越小:

    [​IMG]

    学过高中物理的泥萌肯定知道,波的频率和周期只与震源有关,所以由深水波变成浅水波的这一过程里,海浪的周期和频率不变。

    由周期=波长 / 速度 这个公式可以知道,速度变小了,要使周期不变,那波长肯定也要变小。浪上岸这个过程就叫做 shoaling。

    [​IMG]

    速度波长都变小了,机械波本来携带的能量是几乎守恒的呀。该如何转化它无处释放的青春能量呢?

    嗯解决方法就是——振幅变大了。也就是说,随着靠近海滩,浪花变高变大了。

    但我们知道很多东西是需要一个稳定的状态的,浪的波长变小,振幅变高,那意味着它变”陡“了,不像原来一样稳定了。陡峭到一定程度就会触及它的 breaking point,浪不再是平缓的波状,它 break 了(破了?),成为了我们非常熟悉的白色的浪花。

    [​IMG]

    好哒,无害又能帮助我们锻炼身体的海浪就说到这里。

    我们再来说说海啸。

    它通常是由大体量的水体垂直移动造成(断层垂直移动的地震,滑坡,小行星掉水里),而普通的浪则是由海风吹出来的。虽然它们都是水体传播的波,但波的性质区别还是大大的。

    [​IMG]

    海啸的波长远远大于海浪。

    同时,它的振幅(浪高)又比海浪小,所以在深水区,船舶是几乎无法感知的,所以灾难片里,船为了躲避海啸会向深水开去,在那里海啸就会温柔很多(前提是没有在开的半道上被掀了 ⊙▂⊙ )

    虽然振幅小,但海啸如此恐怖的波长和速度,对陆地带来的水体变化则是巨大的。这也是为什么等到海啸上岸,灾难就来了。一般的海浪上岸,由深水波变成浅水波,shoaling 过程中,break 了最多翻出一点浪花,但海啸进行这一转化,由于原本速度巨大,能量释放也十分恐怖,break 的时候会翻起几十米的水墙。

    而海啸的速度大还有个坏处。本来发现海啸到海啸上岸,是有一个时间差的,速度快则大大缩减了这个时间差,加之在深海区本来浪高不过一米,探知就困难……

    希望这次泥萌别再说我水_:)3 」∠)_

    咦?图挂了?

    resource:

    为什么地震海啸对有些地方威胁大?

    NOAA Tsunami Website

    阅读原文
     
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