你是否有過這樣的經歷,站在湖邊並眺望遠方,即使沒有風拂過你的臉,你可能也會看到水中模糊的線條和不規則的形狀。
想象一下,你撿起一塊石頭,把它扔進湖裏,當它落水時,一圈不斷擴大的水波就會出現,我們在水體中看到或形成的這些圖案和形狀通常被稱為漣漪。
但是,漣漪為什麼會形成,以及是什麼影響它們的持續時間呢?
漣漪如何形成?
即使在你感覺不到風的日子裏,空氣也會有一些運動,而在一個水體的表面,這種運動會引起小的漣漪。
風能被轉移到微小的水分子上,這些水分子開始上下移動,簡單地上升和下降,與它們旁邊的分子一起運動。
然而,由於水分子有極性的特性,水的表面張力相當強,這種張力會阻止漣漪的持續時間。轉移到水裏的能量在分子上下移動
的過程中很快就被消耗掉,也就是漣漪很快便會消失。
當你把一塊石頭扔進水裏時,會在水裏形成一個凹面,石頭會在水進來的時候把水推出去,導致波紋從它的入口變成圓形或環形。
之後,隨着石頭下沉,水會衝回並填補凹下的空間,這往往會引起水花飛濺,導致更多的漣漪形成。石頭越大,影響越大,水波也就越強,也意味着漣漪會持續更長時間。
這些漣漪之所以不像海上的波浪,那是因為它們不夠強大,它們缺乏在水的強烈表面張力面前持續下去的能量。
當水朝某個方向移動並遇到障礙物(如漁船、防波堤)時,也可能會形成這些類型的漣漪!
當水分子遇到一個物體並向上移動時,鄰近的水分子會把它向下拉,這種相互作用也會形成一個漣漪,漣漪的運動方向與水的初始運動方向相反。
漣漪vs波浪vs湧浪
如上所述,紋波是一種短暫的現象,一旦其輸入的能量耗盡,這種現象就會迅速消失。
然而,如果風不斷地在水面上運動,產生穩定的漣漪,它們就會開始積聚更多的能量,並將轉變成波浪,就像你在海灘上看到的那樣。
雖然漣漪無法克服水的表面張力,但如果風在足夠大的水面上穩定地吹過,波浪就能積聚足夠的能量,這些波浪總是和風的方向相同,而且會隨着風向的改變而改變方向。
當波浪進入較淺的水域時,波浪底部的速度會降低,而頂部的波浪會超過底部,導致波浪自動消失。
在開闊的海洋中也可以看到這一點,當不同的天氣系統相互作用時,或者當風向迅速改變時,例如海上暴風雨時。
如果風強勁且持久,這就會產生最持久的運動類型——湧浪,雖然波浪總是和風的方向相同,但當波浪離開最初形成的區域時,就形成了湧浪。
湧浪已經積聚了足夠的能量或動量,它甚至可以逆風而行,有時會跨越整個海洋,進行長距離跋涉,也不會消耗掉所有能量。
一般來説,在地平線上很難看到湧浪,因為它通常比普通海浪更長、更均勻、移動更慢,而且,湧浪的波谷和波峯之間的距離通常比普通波浪大得多。
最後
很明顯,在適當的條件下,水能夠儲存和利用大量風能,但漣漪太小,能量太少,無法持久或長距離傳播。
如果你有一塊足夠大的石頭,並從足夠高的地方把它扔下去,就可能會產生一個足夠大的漣漪,可以從海的中間一直延伸到海岸線!