Главная > Линейные и нелинейные волны (Дж. Уизем)
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
След.
Макеты страниц

Распознанный текст, спецсимволы и формулы могут содержать ошибки, поэтому с корректным вариантом рекомендуем ознакомиться на отсканированных изображениях учебника выше

Также, советуем воспользоваться поиском по сайту, мы уверены, что вы сможете найти больше информации по нужной Вам тематике

Уравнения (16.92) или эквивалентную систему (16.94) – (16.95) можно рассматривать как уравнения, описывающие индуцируемые волнами изменения параметров $h$ и $U$. Это длинноволновые уравнения (см. (13.79)) с дополнительным волновым членом $S$. Мы интересуемся здесь изменениями параметров $h$ и $U$, индуцированными волновым пакетом. Для волн, движущихся по спокойной воде глубиной $h_{0}$, можно предноложить, что $U$ и $b=h-h_{0}$ малы, и линеаризовать уравнения; это дает
\[
\begin{aligned}
b_{t}+h_{0} U_{x} & =0, \\
U_{t}+g b_{x} & =-\frac{S_{x}}{\rho h_{0}} .
\end{aligned}
\]

Для многих целей достаточно считать $S$ известным силовым полем, уже определенным с помощью линейной дисперсионной теории для распределений $k$ и $E$. Поскольку в этой теории
\[
k_{t}+C_{0}(k) k_{x}=0, \quad E_{t}+\left(C_{0} E\right)_{x}=0
\]

и $S$ имеет форму $f(k) E$, получаем, что
\[
\{g(k) S\}_{t}+\left\{g(k) C_{0} S\right\}_{x}=0
\]

для любой функции $g(k)$. Тогда легко проверить, что решением системы (16.98) являются
\[
\begin{aligned}
b & =h-h_{0}=-\frac{h_{0}}{g h_{0}-C_{0}^{2}(k)} \cdot \frac{S}{\rho h_{0}}, \\
U & =\beta+\frac{E}{\rho c_{0} h_{0}}=-\frac{C_{0}(k)}{g h_{0}-C_{0}^{2}(k)} \cdot \frac{S}{\rho h_{0}} .
\end{aligned}
\]

К этим выражениям можно добавить решения однородных уравнений, т. е. функции от $x \pm \sqrt{g h_{0}} t$. Из (16.99) видно, что разность групповой скорости и длинноволновой скорости $\sqrt{g h_{0}}$ не должна быть слипком мала по сравнению с $a^{2}$. Но именно это требуется для справедливости разложения Стокса; в пределе $C_{0}^{2} \rightarrow g h_{0}$ мы приходим к уравнению Кортевега – де Фриза.

При образовании волнового пакета неустановившиеся длинные волны распространяются со скоростями $\pm \sqrt{g h_{0}}$, но (опять предполагая, что $C_{0}$ и $\sqrt{g h_{0}}$ достаточно хорошо разделены) среднее течение и средняя высота, сопутствующие волновому пакету, даются равенствами (16.99). Неустановившиеся волны, возникающие за движущимся в воде препятствием, подробно изучены Бенджаменом [2].

Categories

1
Оглавление
email@scask.ru