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浪花是怎樣形成的(風(fēng)力 動力)

日本有一幅著名的浮世繪(風(fēng)俗畫)“神奈川之波”。它展示了大海中洶涌的波浪,洶涌的波浪,以及一片在風(fēng)浪中游蕩的船葉。蘇軾有一個名詞“念奴嬌·赤壁懷古”,里面有“亂石穿空,驚濤拍岸,卷起千堆雪”的字句。

從物理海洋學(xué)的角度來看,上述日本繪畫和蘇軾的文字中描述的浪花是非常準確和科學(xué)的。

日本浮世繪是“風(fēng)浪”在深水中的浪花。顧名思義,它是風(fēng)吹來的浪花。當(dāng)風(fēng)從空中以一定角度吹向大海時,它會對海洋產(chǎn)生壓力。這個壓力有兩個“分量”:即沿海面切線的分量還有垂直于海面的分量。垂直于海面的分量被海水抵消,而沿海面切線的分量卻可以驅(qū)動海水里面的顆粒并且強迫它們做圓周運動,導(dǎo)致海面起伏,即風(fēng)浪。海面的風(fēng)越大,則風(fēng)壓就越大,波長和波高也就越大。俗話說:“大風(fēng)大浪”,也就是如此。

但有一種意想不到的情況。如果海面風(fēng)向發(fā)生變化,與波浪形成“逆流”,那么“大風(fēng)和巨浪”就無從談起。此時,風(fēng)阻礙了波浪的前進,沿海面切線的壓力阻礙了海洋粒子的原始圓周運動。海面不再穩(wěn)定,波浪被風(fēng)吹成波浪。然后呢,形成噴霧的必要條件是“風(fēng)浪逆流”。很明顯的是,輕微的風(fēng)并不能阻止波浪的前進,又或者,風(fēng)速必須足夠大才可以把海水吹成波浪,這也是波浪形成的另外一個必然條件。海面上足夠大的風(fēng)速一般情況下會受到波速、海水密度,海面張力的影響,一般的情況是非常復(fù)雜的。根據(jù)國外物理學(xué)家、拉姆的計算,逆流一般至少為12.6海里/小時。

那么風(fēng)是如何把波浪變成浪花的呢?因為波峰處的圓周的運動半徑比較大,位置也高,動量還有勢能大;相反呢,波峰水槽處水質(zhì)點的動量和勢能就會較小。因此,在沿海面切線方向相同大小的風(fēng)壓下,波峰處水質(zhì)點的流速大于波谷處的流速,使波浪變得不對稱、前傾和彎曲,最終崩塌形成波浪。

和前面所說的一樣,波浪中的每個“水質(zhì)點”不會“隨波漂流”,而是“在原地”作圓周運動。離海面上的粒子越近,圓周運動的半徑就越大。當(dāng)水深低于某個波長時,水質(zhì)點處于靜止?fàn)顟B(tài)。然而,在比較淺的水或靠近陸地的水域附近,因為水與河底部或者和海床的摩擦,水質(zhì)點的圓周運動則會變成“橢圓運動”,運動的速度自上而下就會慢慢變小。換言之,在海浪波峰處的水質(zhì)點仍然會以最原始速度向前移動,但是,波谷處的水質(zhì)點的速度則會慢很多,這也會使波浪不對稱、向前傾斜和彎曲。離海岸越近,前彎越嚴重。最后,它崩塌并形成波浪,稱為“破碎波”。撞擊海岸的東西被稱為“岸波”,激起的波浪是岸波。高速拍打在“拋石”上的波浪自然會“拍打海岸,卷起數(shù)千堆雪”。一個“節(jié)拍”字和一個“音量”字非常生動和科學(xué)。

當(dāng)波浪綻放時,科學(xué)家用高速攝影技術(shù)發(fā)現(xiàn),波浪尖會迅速滾動到部分空氣中,形成無數(shù)個不同程度厚度的“氣管”。在坍塌的瞬間,無數(shù)不同厚度的氣管被水壓碎,變成更大的氣泡和水滴,到處飛濺。當(dāng)浪尖與水碰撞時,大氣泡會變成更多的小氣泡和水滴,洶涌而飛。振動產(chǎn)生的頻率和聲音隨氣管厚度的不同而不同。氣泡的頻率和聲音隨氣泡的大小而變化。

 

因此,不同厚度的氣管就像無數(shù)的長號、薩克斯管、大管和低音管。大氣泡就像無數(shù)的大提琴、低音提琴和小豎琴。這些小氣泡就像無數(shù)的琵琶和古箏。當(dāng)泡沫破裂時,它們就像無數(shù)的大鼓和小鼓。同時在演奏!簡直驚天動地。

科學(xué)家經(jīng)過大量分析發(fā)現(xiàn),波浪的頻譜非常的寬,“高次諧波”很豐富,而30~8500赫茲之間的中低音很豐富。因此,它是最適合人耳的驚心動魄的音樂!這是世界上最雄偉、最強大、最純凈的海浪的歌唱!

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