Валера /Капитан/, Андрюша Махинов, давайте рассмотрим обычный водоем и физические процессы, идущие над поверхностью воды и в толще воды этого водоема.Сообщение от капитан
Итак, зеркало водоема со стоячей водой и ветер над зеркалом.
Молекулы воздуха, проникают в обдуваемую воздухом поверхность воды, это Осмос молекул газовой смеси в воду. Именно Осмос, а не диффузия, поскольку молекулы газа обладают большей энергией (а, следовательно, и подвижностью), чем молекулы воды, в силу своего агрегатного состояния, даже если температуры газа и воды одинаковы.
Молекулы воды выходят в воздух, преодолевая фазовый барьер (энергетический барьер между газообразным и жидким состоянием), становясь из жидкости газом (паром). Для преодоления этого барьера нужна энергия. Численно, количество необходимой энергии равно теплоте парообразования жидкости. После выхода молекул из воды в воздух, отток энергии от воды водоема, компенсируется уменьшением внутренней энергии воды, выражающейся уменьшением ее температуры, озеро остывает. Чем больше молекул покидает озеро, тем больше озеро остывает, это процесс Диффузии молекул воды в воздух (многокомпонентную газовую смесь).
За счет трения, возникающего между потоком смеси газов (воздуха), слои воздуха, расположенные возле самой поверхности воды, как бы прилипают к поверхности воды, отдавая свой импульс движения молекулам поверхности воды. При этом скорость молекул воды, в направлении первоначального движения молекул воздуха (ветра) возрастает, а скорость молекул воздуха падает, это Вязкость. При этом молекулы воды и молекулы воздуха могут иметь равные скорости в направлении движения воздуха, либо скорость молекул воды будет меньше скорости движения молекул воздуха у самой поверхности воды. С удалением от поверхности воды в воздух, скорость молекул воздуха будет возрастать. Слой воздуха, прилипший к воде, обычно называют пограничным слоем. Толщина этого слоя зависит от скорости движения воздуха (от скорости ветра). Чем выше скорость ветра, тем пограничный слой тоньше. При определенной скорости ветра, происходит отрыв пограничного слоя от поверхности воды. Точку отрыва пограничного слоя от поверхности воды называют точкой начала турбулентного течения. При небольших значениях скорости ветра, мы, иногда, можем видеть точку отрыва пограничного слоя воздуха от воды, это точка начала ряби на воде, на некотором удалении от пологого берега. Турбулентное течение характерно образованием вихрей. Поскольку поверхность воды это не жесткое тело, то, за счет действия сил поверхностного натяжения, часть молекул воды будут увлекаться отрывающимися от поверхности воды молекулами воздуха, на поверхности водоема образуется вначале рябь, а затем волна, все зависит от скорости ветра.
Остывшие молекулы воды, находящиеся возле границы раздела фаз жидкость – газ (поверхность озера) уменьшают свою подвижность, за счет падения внутренней энергии, и начинают тонуть в озере. Молекулы воды, имеющие большую внутреннюю энергию, нагретые молекулы, имеют большую подвижность, чем опускающиеся ко дну, остывшие, молекулы. Молекулы воды, имеющие большую внутреннюю энергию, всплывают к поверхности озера, а молекулы воды, имеющие меньшую внутреннюю энергию, тонут, это Конвекция.
Если при выводе уравнений Конвекции, Диффузии/Осмоса, Вязкости, предположить, что на движущиеся частицы среды действуют сила тяжести и сила Архимеда, то мы получим уравнения Седиментации.
Когда скорость тонущих в воде молекул воды начинает превышать скорость всплывающих молекул воды, говорят о начале процесса образования циркуляций Ленгмюра. При определенных значениях скорости ветра (примерно от 3м/с (10,8км/ч) до 5м/с (18,0км/ч)), на поверхности волн можно заметить белые барашки, которые формируют явную линию на поверхности волн, эти линии пены называют ветровыми полосами (wind-streaks) Ленгмюра. Полосы Ленгмюра, образуют сбивающаяся пена, водоросли, фито и зоопланктон, воздушные пузырьки, сухие листья и другие мелкие плавающие предметы. При скорости поверхностного (ветрового) течения до 5м/с вероятность образования циркуляций Ленгмюра не превышает 58%. При достижении поверхностным течением значения скорости 9м/с (32,4км/ч), вероятность возникновения циркуляций Ленгмюра приближается к 100%. Это справедливо как для поверхностей моря, океана, реки или озера, любой открытой поверхности воды, даже для бассейна. Ветровые полосы маркируют (указывают на наличие) в поверхностных слоях озера циркуляций Ленгмюра.
При этом на поверхности воды, в зоне образования ветровых полос, образуется зона конвергенции, и скорость поверхностного течения составляет от 10см/с до 17см/с.
Посередине, между двумя ветровыми полосами, образуется зона дивергенции, и скорость поверхностного течения составляет от 2см/с до 3см/с.
Прямо в толще воды, у самой ее поверхности образуется большой вихрь (вращательное движение воды) скорость воды в котором может изменяться от 1см/с до 2см/с. В центре этого большого вихря можно наблюдать малый вихрь, скорость воды в котором может изменяться от 2см/с до 10см/с.
Расстояния между ветровыми полосами, как правило, равны двум диаметрам большого вихря. Зона конвергенции расположена прямо над опускающимся течением, образованным двумя, вращающимися навстречу друг другу, большими вихрями. Зона дивергенции расположена над поднимающимся потоком, который также образован двумя, вращающимися навстречу друг другу, большими вихрями.
Циркуляции Ленгмюра 1
Циркуляции Ленгмюра 2
Расстояния между зонами дивергенции/конвергенции может составлять от 10см до 1 м. Это расстояние можно измерить визуально. Оно дает нам глубину перемешивания поверхностного слоя воды: H=L/2, где H – глубина перемешивания, примерно равная наружному диаметру большого вихря; L – расстояние между двумя смежными ветровыми полосами. Малые, внутренние, вихри имеют не круговую форму вращения, а форму эллипса и смещены относительно центров больших вихрей к границе опускающегося слоя.
Во время протекания этого процесса (циркуляции Ленгмюра), вся наша приманка соберется на поверхности воды, в пене, расположенной в зоне конвергенции и ни о какой Седиментации речи быть не может.
Примерно так.
Ответить с цитированием
) серьезно написано, даже параграф такой есть: 