Главная > Дифференциальные и интегральные уравнения математической физики
НАПИШУ ВСЁ ЧТО ЗАДАЛИ
СЕКРЕТНЫЙ БОТ В ТЕЛЕГЕ
<< Предыдущий параграф Следующий параграф >>
Пред.
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
11
12
13
14
15
16
17
18
19
20
21
22
23
24
25
26
27
28
29
30
31
32
33
34
35
36
37
38
39
40
41
42
43
44
45
46
47
48
49
50
51
52
53
54
55
56
57
58
59
60
61
62
63
64
65
66
67
68
69
70
71
72
73
74
75
76
77
78
79
80
81
82
83
84
85
86
87
88
89
90
91
92
93
94
95
96
97
98
99
100
101
102
103
104
105
106
107
108
109
110
111
112
113
114
115
116
117
118
119
120
121
122
123
124
125
126
127
128
129
130
131
132
133
134
135
136
137
138
139
140
141
142
143
144
145
146
147
148
149
150
151
152
153
154
155
156
157
158
159
160
161
162
163
164
165
166
167
168
169
170
171
172
173
174
175
176
177
178
179
180
181
182
183
184
185
186
187
188
189
190
191
192
193
194
195
196
197
198
199
200
201
202
203
204
205
206
207
208
209
210
211
212
213
214
215
216
217
218
219
220
221
222
223
224
225
226
227
228
229
230
231
232
233
234
235
236
237
238
239
240
241
242
243
244
245
246
247
248
249
250
251
252
253
254
255
256
257
258
259
260
261
262
263
264
265
266
267
268
269
270
271
272
273
274
275
276
277
278
279
280
281
282
283
284
285
286
287
288
289
290
291
292
293
294
295
296
297
298
299
300
301
302
303
304
305
306
307
308
309
310
311
312
313
314
315
316
317
318
319
320
321
322
323
324
325
326
327
328
329
330
331
332
333
334
335
336
337
338
339
340
341
342
343
344
345
346
347
348
349
350
351
352
353
354
355
356
357
358
359
360
361
362
363
364
365
366
367
368
369
370
371
372
373
374
375
376
377
378
379
380
381
382
383
384
385
386
387
388
389
390
391
392
393
394
395
396
397
398
399
400
401
402
403
404
405
406
407
408
409
410
411
412
413
414
415
416
417
418
419
420
421
422
423
424
425
426
427
428
429
430
431
432
433
434
435
436
437
438
439
440
441
442
443
444
445
446
447
448
449
450
451
452
453
454
455
456
457
458
459
460
461
462
463
464
465
466
467
468
469
470
471
472
473
474
475
476
477
478
479
480
481
482
483
484
485
486
487
488
489
490
491
492
493
494
495
496
497
498
499
500
501
502
503
504
505
506
507
508
509
510
511
512
513
514
515
516
517
518
519
520
521
522
523
524
525
526
527
528
529
530
531
532
533
534
535
536
537
538
539
540
541
542
543
544
545
546
547
548
549
550
551
552
553
554
555
556
557
558
559
560
561
562
563
564
565
566
567
568
569
570
571
572
573
574
575
576
577
578
579
580
581
582
583
584
585
586
587
588
589
590
591
592
593
594
595
596
597
598
599
600
601
602
603
604
605
606
607
608
609
610
611
612
613
614
615
616
617
618
619
620
621
622
623
624
625
626
627
628
629
630
631
632
633
634
635
636
637
638
639
640
641
642
643
644
645
646
647
648
649
650
651
652
653
654
655
656
657
658
659
660
661
662
663
664
665
666
667
668
669
670
671
672
673
674
675
676
677
678
679
680
681
682
683
684
685
686
687
688
689
690
691
692
693
694
695
696
697
698
699
700
701
702
703
704
705
706
707
708
709
710
711
712
713
714
715
716
717
718
719
720
721
722
723
724
725
726
727
728
729
730
731
732
733
734
735
736
737
738
739
740
741
742
743
744
745
746
747
748
749
750
751
752
753
754
755
756
757
758
759
760
761
762
763
764
765
766
767
768
769
770
771
772
773
774
775
776
777
778
779
780
781
782
783
784
785
786
787
788
789
790
791
792
793
794
795
796
797
798
799
800
801
802
803
804
805
806
807
808
809
810
811
812
813
814
815
816
817
818
819
820
821
822
823
824
825
826
827
828
829
830
831
832
833
834
835
836
837
838
839
840
841
842
843
844
845
846
847
848
849
850
851
852
853
854
855
856
857
858
859
860
861
862
863
864
865
866
867
868
869
870
871
872
873
874
875
876
877
878
879
880
881
882
883
884
885
886
887
888
889
890
891
892
893
894
895
896
897
898
899
900
901
902
903
904
905
906
907
908
909
910
911
912
913
914
915
916
917
918
919
920
921
922
923
924
925
926
927
928
929
930
931
932
933
934
935
936
937
938
939
940
941
942
943
944
945
946
947
948
949
950
951
952
953
954
955
956
957
958
959
960
961
962
963
964
965
966
967
968
969
970
971
972
973
974
975
976
977
978
979
980
981
982
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

ДЛЯ СТУДЕНТОВ И ШКОЛЬНИКОВ ЕСТЬ
ZADANIA.TO

10. Периодические волны в канале.

Если на бегущие в канале конечной глубины со скоростью с (налево) периодические перманентные волны наложить поступательное движение с той же скоростью с, но в противоположном направлении (направо), то получится стационарная волновая струя. Возможность сделать с помощью такого приема перманентное волновое движение стационарным была замечена Рэлеем и применена им к определению волн малой амплитуды. В 7 комплексный потенциал был вычислен нами для этого случая по более общему методу Леви-Чивита, причем получилось

Здесь X есть длина волны, а определяет амплитуду. Ось х нашей координатной системы совпадает с дном канала и направлена вправо. Глубина канала связана с с и X уравнением (24), 7:

которое мы уже обсуждали выше. Условие для давления выполняется только на поверхности канала, которая для состояния покоя выражается уравнением

Если отнести бегущие волны (без поступательного движения) к системе координат, неподвижной в пространстве, то для (теперь уже нестационарного) волнового движения мы получаем следующий потенциал скоростей:

Составляющие скорости (в функции координат и времени) будут тогда

Мы приходим к первоначальному решению Эйри, которое соответствует требованию, чтобы поверхность волны имела вид чистой синусоиды.

Интегрирование этих уравнений и определение путей отдельных частиц выполняется без затруднений лишь при упрощающем предположений, что каждая частица совершает периодическое движение вокруг своего среднего положения и что перемещения весьма малы. Вследствие малости перемещений можно тогда заменить скорость частиц на ее орбите той скоростью, которой обладает в тот же момент времени жидкость в центре траектории частицы. При этих предположениях траектории оказываются эллипсами, большая ось которых горизонтальна, причем с приближением к дну канала обе оси эллипса уменьшаются, тогда как расстояние между фокусами остается неизменным. Частицы на дне канала колеблются по горизонтальным прямым.

Соотношения эти несколько упрощаются для каналов бесконечной глубины. Если мы не хотим производить при этом самостоятельного иследования и исходим из каналов конечной глубины, то для аналитического рассмотрения вопроса

необходимо предварительно перенести ось х со дна канала на его поверхность и затем произвести переход к пределу для бесконечно возрастающей глубины. В уравнения (30) войдет тогда, вместо гиперболических функций, простая показательная функция. Траектории частиц будут круги, радиусы которых быстро убывают с возрастанием глубины.

В действительности, т. е. для волн конечной амплитуды, траектории частиц жидкости будут хотя и почти замкнуты, но все же не совсем замкнуты. Это получается потому, что на гребне волны поступательное движение вперед несколько больше попятного движения в волновой долине. Вследствие «того волновое движение связано в верхних слоях с некоторым переносом массы в направлении распространения волны, который хотя и мал, но не равен нулю. Наиболее веским возражением против изложенной выше приближенной теории Эйри является то, что она не дает переноса массы. Стокег) впервые заметил отклонение этой теории от действительности, применив метод последовательных приближений для волн конечной амплитуды. В теории Стокса волновые гребни и волновые долины не симметричны по отношению друг к другу; долины несколько более пологи, чем гребни. Для более точного определения траекторий частиц естественно попытаться применить, вместо эйлеровых уравнений движения, уравнения Лагранжа. Такого рода попытки делались неоднократно.

В весьма мелких каналах, в которых, при одинаковой длине волны, скорость распространения

будет меньше, чем в глубоких, незамкнутость траекторий частиц становится при больших амплитудах сильно заметной и легко приводит к опрокидыванию волновых гребней. Это явление, напоминающее прибой, не следует смешивать с разбиванием волн на поверхности глубокой воды под действием ветра, влияние которого на образование волн мы в предыдущем совсем не учитывали.

Гельмгольц исследовал образование волн на границе двух жидкостей, расположенных в виде слоев одна над другой и имеющих различные горизонтальные скорости течения. Линия раздела должна быть линией тока для обеих жидкостей, это условие должно выполняться строго. К нему присоединяется, вместо обычного условия для давления на поверхности жидкости, условие равенства давлений по обе стороны линии раздела. Если ограничиться волнами малой амплитуды, достаточно удовлетворить этому условию приближенно. При этом предположении волны на линии раздела качественно не отличаются от поверхностных волн жидкости неограниченной глубины. В количественном отношении нужно в этом случае заменить ускорение силы тяжести на где плотности обеих жидкостей. Скорость распространения будет равна, по уравнению (25), 7:

Воздушные волны Гельмгольца образуются на границе двух скользящих друг относительно друга потоков воздуха, несколько различающихся своей плотностью. Длина этих волн очень велика, так как скорость их не может опуститься ниже некоторого определенного минимального значения; последнее вытекает из соображений устойчивости.

Поверхностные волны на воде при учете ветра также должны рассматриваться как волны на границе между воздухом и водою. Из соображений устойчивости следует, что эти волны могут возникнуть только если скорость ветра превысит некоторое определенное значение, которое на опыте оказывается, впрочем, ниже теоретического. Очевидно, что при возникновении воли от ветра существенную роль играет трение.

До сих нор мы пренебрегали поверхностным натяжепием; для коротких волн это уже недопустимо. Поверхностное натяжение искривленной поверхности жидкости вызывает добавочное, действующее по нормали давление

которое прибавляется к атмосферному, одесь и главные радиусы кривизны поверхности, а ее средняя кривизна. Главный радиус кривизны следует считать положительным, если соответствующее нормальное сечение направлено выпуклостью в воздух. Капиллярная постоянная есть отнесенная к единице длины сила натяжения поверхности. При учете поверхностного натяжения скорость распространения волн в бесконечно глубоком канале будет

Для длинных волн — "волн тяжести" в сумме под корнем преобладает первый член и скорость определяется уравнением (25), 7. Для коротких — "капиллярных" — будет преобладать второй член суммы. Скорость коротких капиллярных волн зависит от констант жидкости тогда как скорость длинных волн тяжести — от рода жидкости не зависит. Существует критическое значение, ниже которого скорость распространения волны упасть не может; это значение достигается, когда оба члена под знаком корня в (34) становятся равны друг другу, что будет иметь место при Критическая скорость равна

Каждой скорости, большей чем соответствуют две волны различной длины: одна капиллярная, а другая — волна тяжести.

Содержащаяся в волне "энергия", рассчитанная на полную длину волны, всегда будет наполовину кинетической и наполовину потенциальной. Переход одной из этих форм энергии в другую, который в различных частях волны идет в различном направлении для всей волны в целом, равен нулю. При прочих равных условиях энергия пропорциональна квадрату амплитуды. Все сказанное выше про энергию остается в силе и Для стоячих волн, которые будут рассмотрены нами в следующем параграфе.

1
Оглавление
email@scask.ru