Чем больше длина и период волны, тем более «живучей» выясняется волна, тем с большей скоростью такая волна распространяется. Вот по какой причине из области, где свирепствует штормовой ветер, в районы относительного маловетрия попадают только волны, имеющие периоды и большие длины. Размеры этих волн, пришедших из области шторма, оказываются вовсе не соответствующими скоростям ветра в том районе, в который они пришли. Эти волны именуют волнами зыби либо легко зыбью. Зыбь выясняется в любой момент большего периода и большей длины, чем ветровые волны, из которых образуется зыбь. В случае, если зыбь распространяется при полном отсутствии ветра либо при ветре не более 1 метра в секунду, то такая зыбь именуется мертвой зыбью. Такие волны имеют зеркально ровную поверхность. Крутизна волн зыби в любой момент мала. Она делается тем меньше, чем больше существует зыбь либо чем больше то расстояние, которое прошла зыбь от места ее зарождения.
Так как ветровые волны и зыбь владеют неодинаковыми периодами, то из области шторма, как показывают наблюдения, раньше всего приходят в какой-нибудь второй район, отстоящий время от времени на тысячи километров от области шторма, самые долгие волны. Действительно, ровные волны довольно часто владеют столь малыми высотами и, основное, оказываются такими пологими, что несложным глазом их тяжело уловить. Но смотреть за возникновением таковой зыби крайне важно, поскольку она задолго — за сутки, два либо кроме того три — может предотвратить о подходе главного «фронта» зыби, либо о подходе самого шторма. Это событие имеет особенно серьёзное значение для прогнозов штормов, ветрового беспокойства и первым делом для прогнозов сильной, время от времени небезопасной для плавания у берега зыби. Зыбь переносит на тысячи километров энергию, переданную ветром поверхности океана.
Для прослеживания волн-предвестников сейчас устанавливаются особые устройства, помещаемые на глубину 75— 100 метров. Благодаря установке устройств на таковой глубине они совсем не ощущают волн маленького периода. Особенное устройство, которым снабжаются эти устройства, исключает запись ими волн больших периодов, таких, как, к примеру, приливные волны, сгонно-нагонные колебания уровня моря, либо сейши. Однако анализ записей этих устройств оказывается таким сложным, что требуется еще прибор — анализатор, что разрешает совершенно верно установить время подхода зыби-предвестника и ее период.
Средний период зыби, в большинстве случаев распространяющейся в океане, около 8—10 секунд. Этому периоду зыби отвечает скорость ее распространения — около 400 морских миль 1 в день, а зарегистрированный период зыби-предвестника достигает 30 секунд. Групповая скорость (ниже данный термин будет детально растолкован), отвечающая периоду 30 секунд, образовывает 1 000—1 100 морских миль в день. В случае, если ведется постоянная запись периодов зыби-предвестника и в случае, если обнаруживается постепенное уменьшение периодов зыби-предвестника, то это показывает, что область шторма либо источник, где рождаются волны зыби-предвестника, приближается к месту наблюдений. Располагая наблюдениями за зыбью-предвестником в двух пунктах, возможно достаточно определить то место, где бушует штормовой ветер. Сопоставление результатов наблюдений за зыбью-предвестником с синоптическими картами позволяет предвещать как ветровое беспокойство, так и зыбь. Чтобы выяснить, как возможно предвещать зыбь, нужно узнать, как передается энергия волнового перемещения в воде и что такое групповая скорость волн.
Несложнее всего это возможно узнать методом анализа продвижения одной волны в спокойной, невозмущенной водной поверхности либо серии совсем однообразных волн. В случае, если в центр круглого водоема кинуть камень и взглянуть, как наряду с этим распространяются волны, то легко подметить, что вблизи от центра водоема волны отлично выражены, а по мере удаления от центра поверхность воды будет еле заметно отклоняться от положения равновесия. У краев же бассейна перемещение может по большому счету остаться незамеченным. В чем дело? По какой причине так происходит? Куда девалась энергия удара камня о воду? По какой причине перемещение частиц воды, появившееся в центре бассейна, не достигло его краев? На все эти вопросы возможно дать ответ, в случае, если представить себе, что полная энергия волны постоянно складывается из двух равных частей: кинетической энергии, либо энергии перемещения частиц воды, и потенциальной энергии, либо энергии, затраченной на отклонение уровня поверхности воды от положения равновесия. Запомнив твердо это положение, возможно обратиться к несложному опыту.
Пускай в отечественном распоряжении имеется долгий узкий канал. На финише канала помещен поплавок, что особенным прибором возможно вынудить через равные промежутки времени опускаться и подниматься и тем самым приводить воду в перемещение. От перемещений поплавка по каналу побегут волны.
Разглядывая потенциальную и кинетическую энергию каждой из волн, бегущих по каналу, мы должны будем подчернуть, что громаднейших значений потенциальная энергия будет достигать в тех точках волны, где отмечается громаднейшее отклонение поверхности воды от положения равновесия. Мельчайшие либо, правильнее, нулевые значения потенциальной энергии окажутся в том месте, где отклонения поверхности воды от положения равновесия будут равны нулю, другими словами поверхность волны будет совпадать с невозмущенным уровнем воды.
На рис. 3 продемонстрировано распределение полной энергии волны, потенциальной и кинетической.
Как направляться из этого рисунка, потенциальная энергия изменяется вместе с формой волны. Кинетическая энергия, которая связана с перемещением частиц воды, равномерно распределена на протяжении всей волны и не зависит от ее формы.
Сейчас проследим, как проходит распространение энергии при перемещении волны в том направлении, где раньше перемещение отсутствовало. Разумеется, невозмущенной поверхности воды отвечает неподвижное состояние частиц воды. В случае, если же первая волна, возбужденная поплавком, продвинется на одну длину волны в сторону невозмущенной поверхности воды, то с этим неизбежно должно быть связано перемещение частиц воды с некоторыми скоростями. Соответствующая этим скоростям кинетическая энергия возможно взята лишь за счет потенциальной энергии, перемещавшейся вместе с формой волны. Так как полная энергия всякой волны постоянно складывается из равных размеров кинетической и потенциальной энергии, то добрая половина потенциальной энергии волны, продвинувшейся вперед, в область невозмущенной воды, должна быть израсходована на приведение в перемещение неподвижных частиц воды. Но расход потенциальной энергии, который связан с высотой волны, приведет к уменьшению высоты волны. Продвинувшись еще на расстояние одной длины волны в сторону невозмущенной поверхности, волна, за которой мы замечаем, израсходует еще собственную потенциальную энергию на приведение в перемещение пребывавших в покое частиц воды и, следовательно, снова уменьшится высота волны.
Так не будет прекращаться , пока высота волны, продвигающейся все вперед и вперед, не окажется незаметной для наблюдателя.
Вторая волна, возбужденная поплавком, продвигается вперед за первой и исходя из этого будет встречать на своем пути частицы воды, находящиеся в состоянии перемещения, поскольку из состояния спокойствия они были выведены первой волной. В этих условиях вторая волна теряет меньшее количество потенциальной энергии на превращение ее в кинетическую, следовательно, уменьшение высоты второй волны будет меньшим, че» первой. То же происходит с волнами третьей, четвертой и т. д. Из этого возможно сделать вывод, что вторая волна будет заметной на большем расстоянии от поплавка, чем первая, а третья на еще большем и т. д.
Так, каждым ударом поплавка образуется серия волн, высота которых убывает по мере удаления от поплавка в сторону невозмущенной поверхности воды. Эти серии волн налагаются одна на другую. В следствии сложения серии волн получается сложная картина распределения высоты волн, а значит, и энергии волновых перемещений.
Проследим за тем, как будут изменяться ее энергия и высота волн, которую для краткости обозначим буквой W.
Пускай первый удар поплавком о воду приводит к волне с энергией 1/2W. К моменту второго удара первая волна продвинется на одну длину волны, наряду с этим она покинет на месте образования первой волны, другими словами у самого поплавка, 1/4W. Второй удар поплавка снова передаст поверхности воды энергию, равную 1/2W. Эта энергия сложится с остатком энергии от первой волны, другими словами 1/4W+1/2W=3/4W. Добрая половина энергии, появившейся в следствии сложения волн, другими словами 3/8W, снова сместится от поплавка, а у поплавка останется сейчас кроме этого 3/8W. Третий удар поплавка передаст опять поверхности воды 1/2W=4/8W. Энергия третьего удара сложится с остатком энергии у поплавка — 3/8W+4/8W=7/8W.
Так не будет прекращаться по окончании каждого удара. Энергия, передаваемая поплавком поверхности воды, будет складываться с энергией, оставшейся по окончании прошлых ударов. Волна, успевшая уйти от поплавка дальше всех, будет характеризоваться минимальным по сравнению со-всеми вторыми волнами числом энергии. Волна, расположенная на полпути между волнами ближайшей к поплавку и самой далекой, будет иметь энергию, равную 1/2W, другими словами именно столько, сколько энергии передается поплавком поверхности воды.
Энергия групп волн, пробежавших больше половины расстояния между поплавком и первой волной, мала. Энергия волн, лежащих совершенно верно на полпути, быстро возрастает и скоро приближается к максимуму за центральной волной. Для наглядности на рис. 4 продемонстрировано распределение энергии волн по мере их удаления от места зарождения. Всего в этом случае рассмотрено 899 волн. На рисунке четко видно, как по окончании приблизительно 400 волн энергия скоро начинает убывать, и так, что уже у 500-й волны она приближается к нулю.
Рассматривавшиеся в отечественном опыте волны все имели однообразные длину, скорость и период. В природе же, как мы уже знаем, волны, вызываемые ветром, являются гаммой периодов, скоростей и длин. Но рассмотренный выше опыт разрешил установить крайне важное соотношение между скоростью отдельных волн и групповой скоростью. Он кроме этого продемонстрировал, что высота групповой волны, распространяющейся в сторону невозмущенной поверхности моря, мал, а у ведущих волн группы, и лишь на полпути, пройденного ведущими волнами, высота волны внезапно неожиданно возрастает и скоро достигает больших значений. Эта особенность имеет большое значение для предсказания подходов зыби. Так как волны-предвестники являются не что иное, как ведущие волны группы и, следовательно, в случае, если их вовремя обучиться обнаруживать, то нетрудно вычислить и время, в то время, когда подойдет главной фронт зыби. Само собой очевидно, что разнообразие волн ветрового беспокойства в этом случае не может служить помехой, поскольку по выходе волн из области шторма все маленькие волны скоро затухнут. Исходя из этого в расчетах направляться ориентироваться на подход зыби е громадной большими периодами и длиной волны. К примеру, для океана период зыби около 8—10 секунд, а для морей 5—7 секунд.