2.132. Отражение волн песчаными отмелями

Каким образом скрытая водой песчаная отмель вблизи берега может отражать набегающие океанские волны? Почему при определенном расположении отмелей (или искусственных препятствий под водой) океанские волны отражаются очень сильно?

ОТВЕТ • Океанскую волну мы видим распространяющейся вдоль поверхности воды, но движение продолжается и под ее поверхностью. Маленькие объемы воды совершают движение по вертикально ориентированным овальным орбитам, плоскость которых параллельна направлению движения волны. Отмель, расположенная не слишком далеко от поверхности, может заблокировать такое орбитальное движение. Большинство волн пройдет над отмелью, но какая-то их часть отразится и уйдет обратно в океан.

Если имеется несколько длинных, взаимно усиливающих отражение друг от друга отмелей, отражение от такой системы отмелей гораздо сильнее. Это так называемое резонансное, или брэгговское, отражение. Резонансное отражение имеет место в том случае, когда направление распространения волн перпендикулярно линии, вдоль которой вытянуты отмели, а их длина в два раза больше расстояния между отмелями. Представьте себе незатухающую волну, отражающуюся от двух следующих друг за другом отмелей. Часть волны, прошедшая через первую отмель, отражается от второй и затем проходит над первой отмелью (но уже двигаясь в обратном направлении), пройдя дополнительное расстояние, равное удвоенному расстоянию между отмелями. Если это дополнительное расстояние равно длине волны, то при попадании на первую отмель фаза волны будет равна (или кратна) фазе волны, отражающейся в то же самое время от первой отмели. Поэтому обратно в океан уходят две волны с одинаковой фазой, формируя результирующую отраженную волну большой амплитуды.

Короче говоря, когда отраженные, уходящие в океан волны совпадают по фазе, отражение является сильным, поскольку только малая часть первоначальной волны продолжает двигаться к берегу. Этот механизм отражения помогает защитить от волн берег и прилегающую к нему акваторию. Там, где вначале были одна или две отмели, волны, размывая и унося песок со стороны насыпи, обращенной в океан, могут переносить его через отмель. Этот песок осаждается, и ближе к берегу образуется новая отмель. Так волны «строят» отмели, находящиеся друг от друга на расстоянии, равном половине длины волны, что обеспечивает резонансное отражение.

Дело осложняется тем, что волны, накатывающие на берег, существенно различаются как по направлению, так и по длине. Поэтому для большинства волн условия резонансного отражения не выполняются.